談物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

翟衛(wèi)華

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生觀察、動(dòng)手、思維能力的重要手段，是完成教學(xué)活動(dòng)必不可少的環(huán)節(jié).因此實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中占有極其重要的地位.實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行，能否得出正確的結(jié)果，科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是不可缺少的.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得好與差能很好地反映出一個(gè)人的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ黝惪荚囈卜浅Ｖ匾晫?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這種題形.因此，筆者認(rèn)為通過讓學(xué)生掌握科學(xué)探究中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法、基本思路、基本原則來提高他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是非常必要的.

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法

1．比較法．所謂比較法，就是將一些科學(xué)現(xiàn)象或科學(xué)量放在一起進(jìn)行對照、比較，從而達(dá)到異中求同、同中求異的一種方法.例如，研究物體的沉浮條件時(shí)，用重力相同的壓扁的與中空的牙膏皮作比較；斜面省力實(shí)驗(yàn)中，用不同傾角的斜面對比，斜面與豎直面對比等.

2．積累法．實(shí)驗(yàn)中有時(shí)需要測量一些微小量，由于量值太小，以致無法被實(shí)驗(yàn)者或儀器直接感覺或反映，此時(shí)可將被測量進(jìn)行積累，然后進(jìn)行測量.例如用刻度尺測量一張紙的厚度，由于一張紙的厚度無法用刻度尺直接測出，但是我們能用刻度尺直接測出100張紙的厚度，從而求出一張紙的厚度，這就是一種積累放大法.類似的，用天平測一枚大頭針的質(zhì)量，用秒表測出每次心跳的時(shí)間等都要用到積累法.

3．轉(zhuǎn)化法．科學(xué)測量中常需測量一些不能直接測量和測不準(zhǔn)的量，這時(shí)，可以把不可直接測量的量轉(zhuǎn)化為能夠直接測量的量，把測不準(zhǔn)的量轉(zhuǎn)化為測得準(zhǔn)的量，進(jìn)而求出待測量，這就是轉(zhuǎn)化法.例如，密度這個(gè)量無法直接測量，我們可以先求出物質(zhì)的質(zhì)量和體積，再求出物質(zhì)的密度；旗桿的高度不易直接測量，我們可以先求出它的影子的長度，再通過相似三角形對應(yīng)邊成比例的性質(zhì)求出旗桿的長度.

4．著色法．所謂著色法，指的是將無法形象、直觀地顯示出的科學(xué)過程和現(xiàn)象通過一定的手段能使之形象、直觀地顯示出來的方法.例如我們把紅墨水滴入靜止的熱水和冷水中，觀察分子擴(kuò)散與溫度的關(guān)系；把高錳酸鉀放入正在加熱的水中，觀察水的對流情況等.

5．控制變量法．為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，當(dāng)研究多個(gè)因素之間的關(guān)系時(shí)，往往先控制其他幾個(gè)因素不變，集中研究其中一個(gè)因素變化所產(chǎn)生的影響，這種方法叫控制變量法.例如，在探究影響蒸發(fā)快慢的因素時(shí)，若研究溫度的影響，就要把液體表面積的大小、液體表面上空氣流動(dòng)的快慢控制相同，只改變溫度的高低，觀察液體蒸發(fā)的快慢，從而得出結(jié)論.

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有許多原則，下面這些原則是最基本的原則，任何實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都必須考慮的.

1．科學(xué)性原則．整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離基本科學(xué)知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則.科學(xué)性是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成功的前提.

2．可行性原則．在設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)生，都要切實(shí)可行.

3．簡便性原則．在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料容易獲得，實(shí)驗(yàn)裝置比較簡單，實(shí)驗(yàn)操作過程比較簡便，實(shí)驗(yàn)步驟比較少，實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短.

4．安全性原則．在實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)對實(shí)驗(yàn)設(shè)備器材產(chǎn)生損壞，對人生安全產(chǎn)生危害，對環(huán)境產(chǎn)生污染.

5．經(jīng)濟(jì)性原則．實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原料、消耗的能源花費(fèi)少，人力時(shí)間短.必要時(shí)可以預(yù)測一下自己實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)出和投入的比值，這個(gè)比值越大越經(jīng)濟(jì).

6．重復(fù)性原則．在同樣的條件下重復(fù)做同樣的實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相同的.任何實(shí)驗(yàn)都必須要有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，才能判斷結(jié)果的可靠性.如果設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行一次，而無法重復(fù)，那么這樣的出的結(jié)論是不可靠的.