對高中物理實驗設計相關問題的分析

田磊

摘 要：物理學作為一門實驗科學，其實驗主要來自于生產、生活和科學，所以學習和研究物理的最基本方法就是觀察和實驗。物理實驗是感性材料的獲得、物理規律的探索、物理世界的認識的一個基本手段，也是物理理論的檢驗標準之一。文章主要從高中物理實驗設計的重要性及實驗設計原則入手，并提出了高中物理實驗設計的主要類型及具體的操作方法。

關鍵詞：高中物理；實驗設計；可行性；實驗題目

近年來，對高中物理的研究在不斷深入和發展，積極探索實驗的重要性就具有重要意義。從高中物理發展形勢來看，實驗設計能激發出學生的學習興趣，并訓練他們的動手操作能力，尤其在培養學生創造性思維能力方面有著很好的作用，所以就引起了物理教育工作者的廣泛關注。實驗設計作為物理高考的一種重要實驗題型，但考生歷年來都在這種題型上并沒有很高的得分率，這也是高考理綜失分的主要原因之一。其原因主要是學生沒有牢固掌握實驗設計基礎，不熟悉實驗設計的基本步驟，也沒有從基本要求方面養成設計實驗的好習慣。

一、高中物理實驗設計的重要性

教師在教學中可以利用物理實驗來培養學生的觀察思維能力、動手操作能力、分析解決問題的能力及創造能力；也能培養學生實事求是的科學態度、良好的學習習慣和濃厚的學習興趣。在日漸推行素質教育的今天，應該讓學生在教育的過程中充分體驗到實驗的快樂，引導學生學會運用注意力、記憶力、觀察力、想象力和思維能力來學習，體驗到學習的樂趣。

二、高中物理實驗設計原則

所有的實驗在實施前，都要合理的安排和巧妙的設計整個實驗環節，要預先設想實驗中可能遇到的困難，盡可能的在實驗設計中排除這些問題，這樣才能起到事半功倍的效果。只有按照一定的原則去設計實驗，才能使實驗設計更加科學合理、也更切實可行。從而使過程操作簡便、結果也真實有效。總的來說，可以將實驗設計原則概況為以下幾點：

（一）探索性設計原則

探索性設計原則就是指需要學生去挖掘實驗設計中所包含的隱藏在較深層次的物理規律；需要學生去跨越實驗的條件和結果之間存在的較大距離；往往沒有一個明確的解決問題的方法與途徑，學生必須要通過嘗試錯誤來提出假設并驗證假設來尋找。這一原則可以激發出學生的智慧潛力，形成內在的學習動機。

（二）科學性設計原則

所謂的科學性原則就是指以科學實踐反復證實的客觀規律為基礎，以唯物主義基本原理為指南的實驗。一旦違背了科學性原則，實驗就將陷入到非科學或偽科學的歧途，從而整個研究都是一無所獲的。

（三）可控性原則

可控性對于實驗條件來說，是一個典型的特征，通過對實驗儀器、條件、物理量的控制，可以更好的對物理對象所具有的特征進行研究，從而反復出現實驗的現象，并且能有效的控制實驗的現象。只有在可控制的基礎上進行的實驗，才能保證其有效進行，使實驗更具可行性。

（四）可行性原則

是指實驗策劃運行的方案是否達到并符合切實可行的策劃目標和效果.可行性原則就是要求實驗的策劃行為應時時刻刻地為本身的科學性、可行性著想，避免出現不必要的差錯.

（五）簡便性原則

簡便性原則主要是指為了達到實驗目的，對實驗器材、實驗器材的調試應該盡可能的減少，對實驗的操作過程、數據運算、數據測量都進行簡化處理，越簡單越好。

（六）隨機化原則

隨機就意味著可以從總體中任意抽取研究的實驗對象，換而言之就是說被抽中的單位不是刻意的，完全是偶然的。這樣做的目的是：一方面可以使系統誤差

消除或減少，使顯著性測驗更具意義；另一方面可以對各種條件做到平衡，使實驗中可以避免出現偏差的結果。

（七）精確性原則

任何一種實驗類型，其實驗的結果最終都是為了與客觀真實更接近。如果

實驗結果完全偏離了客觀真實，那么此次實驗必然是失敗的。所以，就要求實驗要盡量避免系統誤差，也要減小偶然誤差的出現幾率。

在設計實驗時，實驗的設計者必須要對上述的幾條實驗原則充分考慮，盡量的符合這些要求。其中，實驗設計的基本原則就是科學性、可行性原則。這兩大原則對任何一個實驗來說都是必然要求，只有滿足這兩個實驗原則的實驗才是具有可行性的，否則實驗結果將是無效的。

三、高中物理實驗設計的主要類型及具體的操作方法

近年來，通過分析高考物理實驗命題類型，可以發現最常見的考試類型就是創新型實驗題，該類型的實驗題有以下幾種常見的情況：遷移類、設計型、運用型、研究型等，本文詳細分析了這四種高中物理實驗設計的解答方法，具體研究如下：

（一）遷移類實驗

我們考察遷移類實驗設計問題，其考察的主要目標并不是在課本上我們所學到的現成知識，但是對解決這一類型的實驗設計問題的基本思路卻是在課本上我們能夠學到的。所以，這類實驗設計考察的主要目標就是我們掌握基本知識、基礎原理的情況及遷移能力等兩個主要方面。當我們遇到這類實驗問題時，要先對問題做一個全面的剖析，根據其中會涉及到的基礎知識、基本原理，再與實驗原理、實驗器材操作相結合起來，在情景遷移和聯想對比中就可以找到解題的方法。

（二）設計型實驗

對于設計型實驗問題來說，相應的要求和實驗器材經常會在題目里給出，需要我們根據要求來設計出具體可行的實驗方法。像這類實驗題目，其考察的重點就是我們對基本原理、知識的理解程度。此外，也要求我們能將所學的知識靈活的運用其中，進行創新實驗。當我們遇到這類題目時，首先要做的就是對題目中實驗問題的關鍵進行分析，之后再去分析學到的基礎原理和知識，將實驗方案構建出來，還要分析實驗方案是否具有可行性，最后再付諸實驗，并處理好實驗數據，得出正確的實驗結論。在這一過程中，要注意堅持科學、簡便、可行的原則，這樣才能解答好這類實驗問題。

（三）運用型實驗

對于運用型實驗來說，通常是將我們生活中，或者社會生產中的某一個問題作為實例。這類問題有著較大的信息量，所以我們在解答的過程中，先應該仔細的分析題目給出的信息，通過分析可以從中獲得有用的實驗數據，再結合所學到的知識，來解答問題。一般來說，我們在解決這類問題的過程中，首先，應對各種實驗儀器的使用方法非常的熟悉，以此為基礎，深入的解剖題目，將有用信息從中找出來，再結合類比、聯想等思想，將相應的物理模型建立起來；其次，我們應在現有的物理知識基礎上，在新的物理情景中將其應用進去，這樣才能進一步進行推理、計算，更好的將問題徹底的解決。

（四）研究型實驗

所謂的研究型實驗問題，就是指圍繞我們研究性學習活動所出的題目，這類題目中有的要求我們以給出的條件作為基礎，設計一個相應的實驗方法；有的要求根據給出的實驗過程、結論，去求解某個物理量；還有的會要求我們對已經設計好的實驗結果進行分析。研究型實驗問題要求我們有很高的分析實驗結果的能力，同時也是對我們的基礎知識及實驗能力的考察途徑。我們在解答這類實驗問題時需要認真審題，掌握題目的要求，努力設計出一個簡單、可行的實驗方案。另外，實驗數據分析的相關問題解答時，要認真的分析題目中的數據，找出各個物理量之間的關系，也將問題的本質找尋出來，從而做好解答。

四、結語

綜上所述，實驗是高中物理的基礎，也是考試的一個重點內容。對高中生來說，學習好高中物理有很大的難度，尤其是對我們的抽象邏輯思維及動手實驗能力有很高的要求。在日常學習中，我們發現有很多內容都涉及到物理實驗，可見物理實驗的重要性。因此，我們針對不同類型的物理實驗設計問題，應該采用不同的解題方法，從而可以通過物理實驗使自己對物理知識的理解更為深刻。

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