实验应是物理教师需要加强的必修课

佛山市第三中学马军

    摘要：实验是中学物理教学的重要内容，也是目前物理教学的一个薄弱部分，本文将从市高中物理教师实验大赛感受谈起，指出了物理教师需要从对实验的认识、对实验理论的学习、对实验技巧和细节的精益求精、注意实验的数据的记录和处理、行成规范和养成好习惯等五个方面，加强学习，从而才能促进中学实验教学质量的提升。

    关键词：正确的实验观，细节和技巧

    本人有幸在2009年11月28日参加了佛山市高中物理教师实验大赛（力学）监考工作，切实感受实验比赛过程，由此在实验大赛中直观感性的认识，本人很受教育与启示，现表达出来以供借鉴。

实验大赛对各个学校的实验教学有着积极的影响，很多学校进行了认真的预选和培训，比赛的选手会将经验带回自己学校，从而又促进本校的实验教学质量的提升。但其中暴露的问题也应该引起我们的足够重视

    本次实验比赛有这样的理论题“在物理学中，各种定律，如牛顿第二定律都是通过（                  ）发现的，……”有的教师填写上的是”实际生活中“。正确的答案应是“实验”。

    这样的回答暴露出了有的教师没有认识到实验对物理的重要作用，更是没有能认识到“实验”和“实际生活”之间的本质区别。实验是人们根据研究的目的，运用科学仪器，人为地控制、创造或純化某种自然过程，使之按预期的进程发展，同时在尽可能减少干扰的情况下进行观测（定性的或定量的），以探求该自然过程变化规律的一种科学活动。实验具有目的性，可控制，可以再现等特点，尤其，“可控制性”是实验的精髓，决不能简单混同实际生活。物理是一门以观察和实验为基础的科学。从第一届诺贝尔物理学奖颁发给因为利用实验发现x射线的伦琴以来，到2000年在理论方面50人次获奖，而实验方面有112人次获奖，可见实验对物理的重要性。历史告诉我们，从伽利略开创用实验研究物理的方法以来，物理学才开始真正得以发展，实验教学既是物理知识教学的基础，也是物理课堂教学中实施素质教育的一种主要渠道和有效手段，它的重要性和重要作用是不言而喻的。物理老师对实验有正确认识是应具备的基本素养。因此教师必须建立正确的实验观，深刻地认识到实验的作用。

    在实验比赛理论题也显示出了有些教师理论方面的不足。如有以下试题：“……而动能定理是运用（               ）定律推导出来……”答案应填写”牛顿第二定律“，但有的教师填写了“机械能守恒定律”。实际上教材中动能定理就是以一个简单而典型的例子，运用W=FS和V_t²—V₀²=2as推导出来的，其中一定要运用牛顿第二定律才可以。由于牛顿第二定律确定了力和加速度的瞬间关系，所以它是力在空间积累效果的基础，即是动能定理成立的前提，也是力在在时间积累效果的基础，即是动量定理成立的前提。”机械能守恒定律“可以从动能定理推理出来，而动能定理却不能由机械能守恒定律推来的。理论是物理学的主体，实验应是在科学理论下的探索性活动，离不开理论的思维和分析判断。历史上不重视理论的教训很多，例如1932年1月，法国科学家约里奥-居里夫妇发现在来自钋源的α粒子的轰击下，铍会放射出很强的不带电的粒子。但由于他们没有听过卢瑟福的关于原子核里存在中子的假说理论，错误地认为这种中性粒子是能量很高的光量子，从而错过一次获得诺贝尔物理学奖的良机。而卢瑟福的学生查德威克由于头脑中已有关中子的理论，通过重复同样的实验，发现了中子，获得了1935年诺贝尔物理学奖。在中学的很多实验难点，常常来源教师对实验原理认识不清，例如：测量电源的电动势和内电阻，由于实验中电表不够理想，会产生误差，误差分析成为一个难点，实验的原理是闭合电路欧姆定律大家都知道，但很多教师仅是停留是知道原理的程度，却没有认识到E=U+Ir中U一定是路端电压，I一定是电路中总电流，这个根本，从而不能找到正确分析误差的切入点，讲不清误差产生原因，只能让学生死记硬背了。所以，教实验一定先搞清原理，这是做好实验的前提。

    本次实验操作是用基本给定器材来验证动能定理。有这样的一个几乎所有教师都知道的环节，实验中为了减小重锤下落时的阻力，应通过纸带将重锤竖直提起后释放。如何才能做到尽可能准确操作呢？比赛中有的教师把打点计时器置于桌面上方但距离桌面的距离又太短，造成重锤落到桌面上，却在纸带上仅仅打上很少的点;有的教师甚至一上来就把本并不很长的纸带先撕下一段扔掉；有的教师把打点计时器固定于很高的位置，至使教师主观上拼命力求把纸带竖直，但由于身高有限而做不到;有的教师不是手持纸带高端，手捏在纸带中部，使得纸带在手中摩擦通过等等。正确的做法是：打点计时器应固定于稍微高过桌面并伸出桌面的位置（使重锤能落到地面），实验者一只手捏住纸带高端将重锤竖直提起，另一只手接通电源后再释放重锤。

    令人惊讶的是比赛中仅有很少教师能够做到正确的操作，这是实验中一个小细节的技巧问题。为了实验的准确，需要我们在实验中对细节认真研讨追求精确，才能找到切实可行的做法。可以说细节和技巧是决定实验精确度甚至正确与否的关键因素，是需要我们下功夫精益求精的地方。

    例如：在单摆实验中为了测准摆长，需要我们先用游标卡尺测出小球的直径（得半径），再将小球竖直挂好，而且小球线上端应是捆绑在铁架台的横杆上后，最好是用铁夹再次固定夹住线的上端，然后才能准确地测量线长的。又如：验证牛顿第二定律的实验中，有用重力的分力平衡摩擦力的环节，如何确定摩擦力已经平衡好了呢？应该是使实验小车连好纸带，轻轻推动小车后，小车拖动的纸带上打出等距的点才算平衡成功。再如探究法拉第定律的实验中，通过控制变量法保持ΔΦ不变时，改变Δt,很多人没有注意到磁铁的初位置和末位置一定要严格控制好。物理实验是一种科学活动，在实验中必须要力求严谨和精确。象有的教师把复写纸放反，纸带放不进，有效数据取错等等，实验结果是可想而知的。实验的步骤中有很多细节往往就是高考中的关键得分点，学生也经常由于忽略细节，造成严重失分的。可以说关注了实验的细节就可能在高考实验中获得更好的成绩。

    实验的数据记录和处理是实验中重要的环节，应该是实验者正确地记录并尽可能保留实验的原始数据。验证动能定理的实验的数据是通过纸带获得，所以一定要保留纸带。比赛中有的教师只保留了一条纸带或只记录处理一条纸带的数据，记录数据的表格不够详细，有效数据不对，只有mgh₁₂和ΔE_K两项等等。

    实际上表格应包含直接测量的数据和运算间接得到的数据才对，例如可以设计成如下的表格：

 

    在平时考试中我们发现学生一遇到表格的问题就会不知所措，究其原因就是实验时教师图省事，对实验的记录和处理没有严格要求造成的。

    五、规范与习惯

    做实验应该有一定的规范要求，实验者也要养成良好的习惯。在比赛中有的教师，上来先做题，最后才操作，这是明显在应试教育模式下重答题轻实验的习惯做法，有的教师待实验结束时没有把原始数据保留下来，实验数据处理数据后却没有能给出实验的结论，在实验结束后没有把仪器整理好回到初始状态，实验中不够爱护实验仪器等。实验有实验的规律和要求，教师理应追求规范和养成良好习惯。比如，做实验前一定先认真阅读仪器的说明书，尽量避免可能损坏仪器的违规操作，尽可能利用好现有的资源减少浪费，不能仅仅停留在操作环节做完了事，应做好数据记录保存和分析处理工作，保持实验环境的整洁等。

    通过比赛，可以看到我们教师在实验方面的很多问题，几乎所有学生所犯的错误以及不良习惯，都可以在我们教师身上找到原型或原因。因此要想真正搞好物理教学，突破实验教学的难点，应首先转变教师重应试，重理论，轻视实验的错误观念，改变教师单纯讲实验，却不愿动手做实验或很少做实验的不良习惯。做为以实验为基础的物理学科，物理实验是训练学生各方面能力的重要手段和方法，是我们物理教学过程中十分重要的一个环节，理应引起我们物理教师足够的共识和重视，物理教师必须树立正确的实验观，不断加强实验理论的学习，真正亲自多做实验，在实践中勤总结多反思，才有可能教好实验这门物理的必修课！