物理学是一门以实验为基础的科学。物理学知识包括物理概念、物理定律和相关理论,它们都是在物理实验的基础上建立起来的。让学生了解和掌握物理学的研究方法,培养其严谨的实事求是的科学态度,对学生今后从事科学实验和技术革新都有着重要的基础作用。因此,物理实验作为物理教学的基本手段和内容,在培养学生的思想品德和科学素养上有着更加广阔的空间。
一、 误差和错误是物理学的两个不同的概念
由于测量仪器、测量方法、测量环境、人员观察力等种种因素的局限性,测量是不能无限精确的,测量结果与客观存在的真值之间总是存在一定的差异,即误差,它是无法避免的。而物理实验中的错误是由于选用的实验方法(或原理)不当、选取的实验仪器不当或实验操作不规范等对测量结果带来的影响,实验中的错误可以避免。所以,在物理教学中,教师应让学生认识到不要回避实验误差,而要尊重客观事实,分析误差产生的来源,想方设法来减少误差,如高一物理实验中探究力的平行四边形定则,为了减小误差,实验时要注意:
1.正确选取弹簧秤(量程合适)。先将弹簧秤调零,再将两只弹簧秤钩好后对拉。若两秤在拉的过程中,读数始终相同,则可选。若不同,则应另选,直至相同为止。
2.拉动时,弹簧秤应保持与木板平行,在不超过弹性限度的条件下,使拉力尽量大一些。
3.实验中两分力F1 和F2 的夹角不要太大。
4.在同一次实验中,橡皮条拉长的结点位置要相同。
5.读数时要正视(即视线与刻度垂直),按有效数字正确读数和记录。
6.作图时,应选定恰当的标度,尽量把图画得大些,按力的图示和作图法的要求作合力。
7.作图法得到的 F和测量得到的 F′ 不完全符合,但在误差允许范围内认为 F和F′符合即可。
二、 演示实验是帮助学生获得、 验证并扩展物理知识的重要途径
现代科学知识不仅包括静态的科学事实、概念和原理,还包括动态的科学知识的发现和发展的过程性知识,以及这个过程中累积起来的科学思想等。因此,演示实验是帮助学生获得、验证并扩展物理知识的重要途径。
1.引导学生明确观察的目的和观察时的要求。教师应努力让学生做到有的放矢地观察,使演示实验成为有目的、有计划的教学活动。但由于学生对物理实验有强烈的兴趣和好奇心,在观察实验的时候,他们也很容易被新奇的现象所吸引,从而注意力集中到细微环节上去,得到的是一些不完整的模糊的表象。因此,对这些表象的认识,教师要帮助学生进行引导和分析,培养他们的创新意识。
2.尽量选用先进的科学仪器进行观察。如利用实物投影仪、多媒体等,利用这些辅助手段不仅可以使实验现象更生动、直观,而且避免了一些实验因种种原因不适合在课堂完成而带来的缺憾(如危险性实验、瞬间性实验或超长时间性实验)。
3.指导学生规范记录科学观察资料。教师可以在课前准备好实验的记录表,以板书的形式让学生作对号入座式的记录,亦可让学生自行设计。鲜明的现象只能给学生以生动直观的感觉,而通过形象思维、抽象思维,抓住变化的本质,才能完成认识上的飞跃,达到教学的目的。
为此,在演示的过程中,教师的讲述、板书和实验操作要紧密配合,调动学生的多种感官和神经系统协同活动,为理解知识和发展智能创造良好的条件。
三、 分组实验是培养学生观察能力和实验操作技能的重要手段
中学物理实验中的观察是一种有目的、有计划而且比较持久的思维知觉,一般需要重点地观察实验的基本仪器,实验的设备和装置,实验中的各种物理现象,数据、图象、图表以及规范化操作等。观察的具体内容包括以下几个方面。
1.对实验仪器的观察。(1)观察仪器的刻度。主要是弄清刻度值的单位及其最小分度值,由此可确定测量值应估读到哪一位。(2)观察仪器的构造。主要是通过观察,了解仪器的结构原理、每个部件的作用、测量范围等。(3)观察仪器的铭牌。通过对仪器铭牌的观察可了解仪器的名称、规格、使用方法和使用条件等(例如:变阻器的铭牌上所标"1.5A50Ω"的意思是变阻器允许通入的最大电流是1.5A,最大阻值是50Ω)。
2.对图像、图表、示意图、实物图的观察。(1)图像主要是观察它反映的是什么物理现象、物理量变化过程怎样、物理量的变化遵循什么规律。(2)图表的观察,主要通过观察了解图表的意义、用途、应用条件以及所列物理量的单位。
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