中學物理實驗的分類
在科學研究中,分類學對於準確理解和掌握科學研究的方向及避免研究中走向片麵乃至錯誤,起著非常重要的作用。在中學物理教學中,我們可以借助分類學的原理,將整個中學物理按照不同的知識體係進行分類(如將物理學分為力學、熱學、光學、電學、原子物理學等),進而研究物理教學中存在的具體問題。廣東省樂昌市教研室唐健老師對中學物理中的實驗進行了分類,並對不同類型的實驗教學,進行了分析:
分類體係的選擇
縱觀整個中學物理教材,被編入的實驗已達500多個(其中初中人教版新教材含300多個)。按照傳統的觀點,實驗的分類一般按照實驗占用的課時或實驗的形式進行分類。比如,可將實驗分為:課內實驗和課外實驗;教師實驗、學生實驗、師生偕同實驗;演示實驗、學生(實習或分組)實驗。筆者認為,按照這樣的分類體係將實驗分類,雖然在教學中很容易明確實驗的組織形式和課時安排,但對實驗教學的目標很難落實。如實驗在教學中的地位是什麼?
教材中為什麼要設置這樣的實驗?教材中設計的實驗是否合理?教學中怎樣改進實驗或補充實驗?實質上,實驗既是研究物理學的主要手段,也是物理教學的主要途徑,實驗的設置和設計都是為物理教學服務的。因此,要準確、有效地落實實驗的目標,師生必須理解實驗設計的原理,並按照實驗設計的原理將實驗進行科學的分類。在這樣的分類體係建立以後,教師仍可以按照傳統的分類方式進行教學(實驗的形式和課時不變),但師生在教學中對實驗含義的理解卻加深了,實驗教學的目標也落實了。
物理實驗的分類
按照上述的分類體係,我們可以將中學物理中的實驗分成以下幾種類型:
(1)啟發性實驗
這類實驗一般是為了引出物理的概念、理論的形成或假說的提出等,從而提供實驗事實。這類實驗一般在教學中完成,即以演示實驗或師生偕同實驗方式出現。教學中,這類實驗能夠活躍課堂氣氛,促進雙邊活動,並能為學生接受新知識建立深刻的感性認識。做這類實驗時,操作應盡可能簡單些,現象應力求明顯,在選用儀器和掛圖時也要注意啟發學生。這類實驗的目的並不是單純為了操作,而是作為物理教學中的手段而出現。如在講初中物理沸點隨氣壓改變時,教材安排一個用大號醫用注射器演示的實驗。當把注射器的活塞外拉時(減少瓶內壓強),燒瓶裏已停止沸騰的熱水又重新沸騰起來;當內推活塞時,水又停止了沸騰。這就為學生認識沸點隨氣壓變化而改變的規律提供了感性材料。
(2)驗證性實驗
這類實驗與啟發性的實驗不同,一般安排在某一結論或總結形成以後,用以驗證結論或總結的正確性。做這類實驗時一定要保證實驗成功,如教材上設計的實驗說服力不強,教師要想方設法加以改進或補充一些現象明顯的實驗。教材中這類實驗比較多,雖然實驗設計得比較合理,但教師準備一定要認真,實驗過程中千萬馬虎不得。如有位教師在驗證牛頓第二定律時,自認為胸有成竹(該實驗他已教過很多次),但在公開課上還是失敗了,很值得我們借鑒。
(3)探索性實驗
這類實驗與啟發性實驗有相似之處,但更側重物理學研究方法的培養,通過實驗進一步滲透科學思想。中學階段能做的探索性實驗,涉及的參數一般不會太多,實驗時通常采用依次改變其中之一的量來考查對其它量的影響,最後探究出各參數之間的變化規律。從實驗設計的原理上看,這類實驗對儀器的性能要求較高,否則探索不出實驗的規律。如關於“電功”的教學,九年級教材中設計了“用電動機提升重物做功”的實驗。由於在提升重物的過程中要克服阻力消耗電能,而且玩具電動機的功率不大,因此這個實驗很難探究出電流做功與電流強度、電壓以及通電時間之間的關係,教學中應引起注意(該實驗隻能定性探究W=IUt的關係)。
(4)測量性實驗
這類實驗主要用來測物理量。因此,在設計這樣的實驗時,必須注意測量工具(儀器)的選擇和正確使用,盡可能減小由於實驗操作粗糙或儀器本身不完善而引起的誤差。測量性實驗還可分為直接測量性實驗(如測物體質量、溫度、長度等)和間接測量性實驗(如測物重密度、電阻、電功率、機械效率等)。