重視實驗誤差引領深度學習

江敏麗

(華南師范大學附屬惠陽學校 廣東 惠州 516211)

1 引言

2017年出版的《高中物理課程標準》指出要培養學生物理科學思維，要求學生能基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力和品格[1].物理實驗教學中發現，學生常常倉促完成實驗，忽略誤差分析，草率得出實驗結論.在實驗課中機械訓練和簡單記結論屬于淺層學習，無法培養學生的科學思維能力.

所謂誤差就是實驗測量值與真實值的差異，任何實驗都存在誤差.本文從物理實驗的誤差角度，以“研究氣體壓強與體積的關系”為例，引導學生對實驗所得的結果提出質疑，分析誤差的來源，提出減小誤差的方法并實踐，逐層遞進，引領學生深度學習，培養學生的科學思維能力.

2 歸納梳理整合知識

在高中物理實驗教學中，學生的誤差分析能力比較薄弱，一方面是思維沒有達到相應的水平，另一方面是基礎知識比較零散，沒有形成系統.學生要想深度學習，首先要信息整合，讓學生能主動進行對比分析，整合新知識.

表1是歸納梳理的實驗誤差基礎知識，幫助學生對高中實驗誤差及常用的誤差分析方法有全面的了解.

表1 高中物理實驗誤差及常用的誤差分析方法

3 任務驅動同伴學習

學生在進入實驗室的時候常常因為漫無目的而不知所措導致浪費動手實踐的時間，教師講述完實驗原理及相關注意事項，應該設置具體的實驗任務，激勵同伴之間合作學習，引導學生經歷實驗，發現探索問題促進深度學習.以“研究氣體壓強與體積的關系”為例，如圖1所示，分解任務，理解實驗原理.

圖1 “研究氣體壓強與體積的關系”學習任務

4 質疑批判修正誤差

“研究氣體壓強與體積的關系”DISLab實驗裝置如圖2所示，學生在操作時容易出現如下幾點人為誤差：

圖2 “研究氣體壓強與體積的關系”實驗裝置

(1)讀數時，眼睛沒有平視刻度；

(2)實驗操作前沒有涂甘油，無法保證氣密性；

(3)過快推動活塞且用手捂著注射器，無法保證氣體等溫變化.

這些實驗操作細節，需要教師在實驗課堂上不斷巡視，發現問題，提醒學生注意人為操作誤差，規范操作.

圖3 p-圖

y=1 898.197 8x+6.813 51

在教師引導下，一共提出如表2所示4種實驗方法來減少連管體積引起的誤差，使得實驗結果更趨近于實驗規律.

表2 減少引起邊管體積誤差的4種實驗方法

通過上述4種誤差分析方法探究發現，無論哪種方法，均有效減小了連管體積帶來的誤差，其中估測法和理論法修正連管體積的圖像截距更小，更接近原點.

5 舉一反三 能力遷移

遷移應用是檢驗學生學習效果的最佳方式，是深度學習的核心追求.經歷以上實驗探究過程，學生提高了誤差分析能力，實踐了誤差修正方法并深刻理解波意耳定律的物理意義.如果此時教師再找出類似誤差處理分析的案例對比，幫助學生整理和歸納，那么學生的能力更能有效遷移.

例如“探究物體加速度與力、質量的關系”實驗中，為什么得到的實驗圖像不過原點？為什么圖像會彎曲？為什么圖像延長線與x軸或y軸有交點？又如在“測量電源電動勢和內阻”的實驗中，不同的接法所引起的誤差該如何判斷？

關于實驗誤差問題，應遵循這樣的原則：在實驗設計時，應從原理、方法、測量和操作過程方面盡量減小實驗誤差；而在誤差分析計算過程中，應盡量全面考慮各誤差因素，不要遺漏主要因素，從而使實驗結果數據更加可靠.

高中物理對誤差分析的要求并不高，但是實驗操作限制以及實驗誤差知識零散，使得學生無法進一步深度學習.教師應該深度引導，注重探究過程和科學方法的滲透，鼓勵學生在實驗過程中不斷地發現問題，解決問題，保持質疑精神，推敲實驗過程和結果的正確性，多角度分析誤差產生的原因和實驗的改進方案.這樣才能舉一反三，能夠幫助學生在每個實驗中自主探究，積極進行誤差分析，不僅僅深度掌握物理的規律，更關鍵實現學生發展，這才是深度學習的最終目的.