高中物理设计性实验教学初探

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1、高中物理设计性实验教学初探　　实验是物理学的基础，实验教学在物理教学中有着举足轻重的地位。在新课改理念下，着眼于提高学生的实验能力，应努力探究实验教学新模式，使实验教学更有利于培养学生的操作实验、设计实验的实践能力，更有利于培养学生的创新能力。因此物理实验教学应该确立一个发展性目标，即培养学生的创新意识和创新能力。设计性物理实验是实现这个发展性目标的一种有效模式，它是验证性实验为主的传统实验教学的新拓展。笔者建议在实际教学中，增加一定数量的设计性实验。　　　　一、设计性实验的涵义及相关理念　　　　1．设计性实验的程序　　物理设计性实验要求学生灵活、综合地运用所学的物理以

2、及相关学科的知识和技能，完成如下的程序。一是准备、设计阶段：查阅资料，设计实验方案，选配实验仪器，拟定实验步骤；二是实验阶段：正确调节和使用仪器，观察现象，测量数据，思考和分析问题；三是小结阶段：可以以课题论文形式提交实验结果，也可以进行口头形式的交流讨论。　　　　2．设计性实验选题的原则　　设计性实验选题的原则，一般不要求突出实验内容的复杂性，课题只给出实验目的和要求，由学生根据目的要求去查阅资料，独立制订实验方案。提出分析解决问题的设想，然后在教师的指导下独立去解决，最后写出实验报告。　　　　3．设计性实验分类　　(1)从形式上可分为两种类型：第一，给定某种仪器设备

3、，要求完成某一物理量的测定或某一物理现象的观察研究。课本中一些“做一做’’栏目中介绍的小实验，有些就是这种类型的设计性实验。如《平抛物体运动》中的“用尺测量玩具手枪子弹射出时的速度”。又如在“显示微小形变”小实验中，变换一下问题方式就可以成为此类设计性实验，可以提出问题：“给你一个大玻璃瓶，你如何通过实验来显示微小变形?”第二，只提测量要求，不限实验方法和所用仪器，完成某一物理量的测量任务。　　(2)从内容上可以分为三种类型：第一，测量某一物理量的课题，如“怎样测量半圆柱形下玻璃砖的折射率”，由学生设计实验方案；第二，探讨研究和应用的课题，如“太阳能电池的应用”，由学生

4、阅读相关材料后，对工作原理和应用前景进行了解分析；第三，研究测量方法的课题，要求设计一种实用的方法。例如，在用伏安法测电阻后，可以提出：“一位无线电修理工手边有最大阻值为50n的滑动变阻器R0和未知电阻Rx各一只，除用伏安法测量外，还有哪些方法能测出它的大小(器材自选)”的研究课题，让学生根据课题要求，设计出多种测量方法。　　　　二、教学案例　　　　设计实验课题：重力加速度的测定　　1．课题的提出　　重力加速度是物理学中最重要的常数之一，它在高中的物理学习章节里大量频繁出现，其数值的测定方法很多，有些方法在物理学发展史乃至在科学史上有重要的价值。请同学们根据所学知识以及

5、了解的知识设计一种可行的实验方案。　　涉及到重力加速度的知识点很多。静力学中的重力，运动学中的匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动等；在动力学中的牛顿运动定律，超重、失重、力的平衡、匀速圆周运动、万有引力定律、机械能守恒定律等；在电学、原子物理中带动粒子的受力也涉及到重力加速度。　　　　2．设计实验的要求　　(1)学生分为若干实验小组，根据所学知识作为实验原理，可以找到多种测量方法，但至少选择一种以上你认为切实可行的实验，进行具体详尽的方案设计。包含确定实验原理，选配实验器材，拟定实验步骤，提示重要操作事项等。　　(2)正确调节和使用仪器，观察现象，测量数据，思考和分

6、析问题。　　(3)提交实验结果，对所设计方案在实验中出现偏差或误差的原因进行分析，注意实验的可行性和实验价值的分析评估。　　　　3．设计实验的互动和帮助　　(1)从方案设计到实验过程到总结，学生以自主完成为主，疑惑较大时，师生间可以讨论，教师可给予适当指导。　　(2)开放实验室，实验室可以提供学生较熟悉的一些仪器，如秒表、光电计时装置、打点计时器、电火花计时器、单摆装置等。　　　　4．设计实验的思考　　(1)对各小组的设计方案及实验结果进行对比分析，从实验的新颖性、可行性、实用性、先进性设计方法的价值等方面作对比，相互间作出评价。　　(2)查阅资料，了解一种比较精确的测

7、定重力的加速度方法——凯特摆测量法，思考其设计思想在科学史上有何重要价值。　　　　三、教学思考　　　　1．本案例课题极富开放性和挑战性。设计方案时，要求学生提出尽可能多的设想，再根据时间和条件，实践一、二种方案，有的实验无条件进行，也可以提出各种新的设想，这是创新思维训练的有效模式。由于课题较熟悉，要设计一个方案并不难，难就难在设计一个好方案，好方案就好在测量方法新颖、准确可行上。在研究此课题中学生根据所学知识，设计出不少方案，如自由落体(s=1/2gt2)，物体由静止在斜面滑下的方法[s=1/2at2=1/2(gsinθ-ug)t2]，