谈谈有关实验方法的教育问题

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1、谈谈有关实验方法的教育问题　　　慈溪市“普通高中物理科学方法教育的研究与实验”是国家教委基础教育司的“普通高中课程改革的研究与实验”课题的子课题。在该课题的实验过程中，我们始终把有关实验的方法教育放在整个方法教育的首位。这不仅是因为物理学是以实验为基础的科学，实验方法在物理学乃至在自然科学研究中占有特殊重要的地位，更重要的是有关实验的方法教育在整个物理学科的方法教育中更容易使学生感到方法的客观存在和学习方法的重要意义。　　一、实验方法的含义及其特点　　实验是研究物理的基本方法，也是研究自然科学的基本方法。概括地说，自然科学的

2、实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器设备，人为地控制自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下研究自然现象的本质和规律的科学实验活动。实验方法比单纯的观察方法有着显著的优点。我们知道，自然界发生的现象，如果没有人为地加以控制，一般都是在许多因素相互影响和干扰下发生的，单纯的自然观察往往很难发现它的本质和规律。如果能对现象进行控制，使某些因素的影响减少或消除，使某些因素的影响突出或强化，就容易发现自然现象的本质规律。所以控制是实验方法的基本特点，是实验方法的精髓。　　二、实验方法的教育及其认识　　中学物理实验（包括教师

3、的演示实验、学生的分组实验及课后小实验等），根据其物理研究中的作用不同可划分为不同的类型，如探索性实验、验证性实验、测量性实验等。虽然这些类型的实验的特性不同，但实验的基本程序都可分为三个阶段。首先是实验的设计阶段，其次是实验的操作阶段，最后是实验结果的整理阶段。我们认为，要使实验方法的教育具有一般性和通用性，实验方法的教育应从物理实验的基本程序入手，在实验方法的基本特点上做文章。这样，通过实验方法的教育，容易使学生加深对物理知识的理解。养成良好的科学态度和科学素质，逐步领会实验方法的真谛。　　1．实验原理设计中的方法教育　

4、　实验原理设计中的方法教育是实验方法教育中的重点，要做好这一工作，我们分三步走。　　第一，重视理解课本中的每一个演示实验、分组实验和小实验的设计原理。为达此目的和帮助学生对每一个实验的理解，我们课题组编写了一本《实验方法学习导引》[高中物理第一、二册（必修）]的小册子。内容主要有两个方面：一是对实验方法作了一些阐述：二是对必修本中主要的演示实验和每一个分组实验从原理、方法、误差作了一些阐述。做到每生一册，要求学生在实验前理解原理时对照学习，加深理解。　　第二，教师典型分析带路。学生刚进入高中，立即要求理解第一个实验的设计原理

5、确有一定的困难。为此，除了小册子作“导引”外，教师还必须走好典型带路这一步。例如在牛顿第二定律的教学中，对课本中的实验，在教师的引导下，要求学生理解的实验目的是：研究物体的加速a跟外力F及物体质量m的定量关系；实验的控制条件是：先控制m相同，寻找a跟F的关系，再控制F相同，寻找a跟m的关系，最后综合上述实验结果，确定a跟F、m的定量关系，并使学生了解这种控制变量的方法是单因子实验方法，在实验方法中经常用到；实验的巧妙之处是：不测量小车的加速度而是比较相同时间内的位移来确定加速度的大小；实验中存在的问题是：把小盘和砝码所受的重

6、力当作小车受到的合外力，而且小车还受到摩擦力的作用，可见度较差；实验减少误差的措施是：使盘和砝码的质量远小于小车的质量，使小车运动的轨道稍微倾斜，平衡摩擦力。为了增加可见度和半定量性，又可使学生了解实验方法的多样性，我们对实验装置又作了进一步的改进（详见《物理通报》1996年第三期中《对牛顿第二定律实验的再改进》一文）。　　第三，根据一定的实验目的，要求学生独立地对实验原理进行设计。第一次要求学生独立设计实验原理，我们放在“验证机械能守恒定律”这个实验上。其原因有二：一是该实验可以采取的实验原理比较多，可以方便地根据实验目的

7、进行设计；二是通过对每一个实验的设计原理的理解和教育以及教师的典型分析带路，学生已有一定的方法基础。在实验课前，我们把学生分成若干实验小组，要求每一小组根据这一实验目的，通过小组成员的共同努力，设计出一个可行的实验方案来。方案中需说明实验原理、所需器材、记录实验数据的表格、实验结果的处理方法等等，汇总后展出。让学生分析每一个设计的利与弊，评出一到三个最佳实验方案，并在设计的实验名弥前冠以设计者的姓名。如果“张三验证机械能守恒定律实验”、“李四验证机械能守恒定律实验”等。在课外物理兴趣活动时间或其他可利用的时间内由最佳方案的设

8、计者进行实验操作，完成后写成实验报告公布于众。　　在实验原理设计的方法教育中，我们还在实验仪器的选择方法和实验步骤的编排方法作了专题教育。　　实验器材的选择是一个难点，历届高考中这类试题的得分率也较低。究其原因，我们认为与学生缺少实验器材的选择方法有关。众所周知，准确选择实验器材是完成实验