着重科学方法培养 让实验回归教材

庞延理

摘 要：近几年实验创新进行的轰轰烈烈，实验数据精确度不断提高，但是实验中的科学方法却逐渐被掩盖。以探究“探究加速度与力、质量的关系”为例我们探讨实验中所蕴含的科学方法，同时指出实验创新在这些方面的不足。立足教材中的探究实验，着重科学方法的培养，以教材探究实验为主，创新实验为辅。

关键词：创新实验；科学方法；实验目的；弱化；体验过程

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）13-084-02

高中物理教学中， 在传授物理知识的同时更应让学生了解研究问题的科学方法，学会透过想象研究物体的本质， 这些的意义在某种程度上应该超过传授知识本身。物理教学中物理实验是科学方法和科学思想的最好载体。近几年实验创新进行的轰轰烈烈，但是实验创新固然重要，但是在创新的同时我们不能一味的追求实验的精确性，而忽略实验中所蕴含的科学方法。对实验中的误差分析也是我们所要具有重要能力之一。

以““探究加速度与力、质量的关系”为例，该实验是中学物理实验中重要的实验之一， 该实验难度较大，过程比较复杂，也是高考中经常考察的实验。该实验中蕴含很多科学的方法。

一、实验前提条件中使用了控制变量法

“探究加速度与力、质量的关系”实验所研究的是a、F、m间的关系，为了更好的研究三者之间的关系实验中引入了控制变量的方法。

控制变量法，是在物理研究中最常用的方法之一。在“探究加速度与力、质量的关系”实验中， 在研究 、F、m之间的关系时， 先保持物体的质量m不变， 改变力F的大小， 研究a与F的定量关系。得出物体的质量m一定时， 物体运动的加速度a与物体所受的合外力F成正比； 再控制物体所受的外力F不变，改变物体的质量m， 研究a与m的定量关系。 得出物体所受的合外力F一定时， 物体运动的加速度a与物体的质量m成反比； 最后将二者加以归纳综合， 得出a、F、m三者之间的定量关系， 即物体运动的加速度a与物体所受的合外力F成正比， 与物体的质量m成反比。

二、对小车受力的处理中使用了近似方法

实验中以小车和沙桶为研究对象，根据牛顿第二定律， 得

实验中通常情况下都要忽略一些次要因素的影响，在实验采用了重物的重力来表示绳子的拉力，在满足“M远大于m”条件下是可以成立的。尽管这是一种近似，但是并不会影响的实验的本质，在实验中只要合理的引导，认真的分析清楚就没有问题。误差分析也是中学生应当学习和具备的一种能力。

三、在对小车摩擦力处理过程中采用了平衡摩擦力的方法，其本质上是等效法

通过平衡摩擦力，创设出一种等效的没有摩擦的运动环境。尽管平衡摩擦力是实验中的难点，但是对学生动手能力和科学思想方法的锻炼和培养是其他创新实验所不可替代的。然而现在实验创新中，不少人把追求实验的精确性作为实验创新的突破口，而忽略了实验的思想，这类实验创新个人认为适合实验拓展，而不适合应用在学生探究实验中。比较常见的是借助于以下两类器材进行实验创新。

第一类借助于气垫导轨减少摩擦力。该类方法的初衷与平衡摩擦力相同。但是实质上只是技术手段的提高而不是物理方法和物理思想的进步。对于学生科学方法和科学思想的培养并没有起到太大的作用。并且有做过此类实验的老师应该知道，实验中调节轨道水平难度非常大，实验灵敏度太高反而不适合学生探究。

第二类借助于光电门或者使用各类传感器。光电门的使用，使得测量出物体的运动速度变得更加准确，这是值得肯定的。但是我们面临着新的问题，其一、要用短时间内的平均速度代替瞬时速度；其二、要借助与电脑软件对数据进行直接的处理。这些反而影响到了物体受力和运动的本质，同时也转移了学生的注意力，使得一部分学生把关注的重点转移到了光电门的使用上，从而使得实验的目的被弱化，这不是我们实验初衷。

传感器的使用使得各类数据的测量变得更加准确，但是同时也掩盖了物理方法。例如力学传感器可以放在小车前端使得测出的力即为绳子的拉力，但是如何向高一的学生介绍传感器的原理和使用，并且让学生在短时间掌握其应用原理几乎是不可能的。同时物理近似方法的使用不能够得到体现和应用。再如，位移传感器可以准确的得到小车的位移和时间的关系从而得到小车加速度，但是掩盖了物体匀变速运动的求解过程，我们所能够得到的只是冷冰冰数据，给人一种不真实的感觉，期中缺少了学生的体验过程，实验也就变得没有了实际意义。

在近几年的高考中这一类的实验创新比较常见例如：

2012年海南卷给出的实验装置如图所示

2009年上海卷“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置如图所示

这些都是在教材传统的探究实验基础上的创新，作为考题无可厚非，但是这些并不适合作为学生的探究实验。

在课本探究实验基础上，我们可以尝试让学生自己自己思考如何实验创新，也可以让学生分析别人实验创新的优缺点，这样会更加有有利于学生对知识的理解和应用，更加有助于学生对科学的方法掌握，更加有助于学生向更高的层次拓展自己的思维。但是我们不能本末倒置，笔者认为实验创新只能作为教材探究实验的拓展，而不能替代教材中探究实验。我们应当立足于教材中的探究实验，注重于理解和掌握实验中的科学方法。

参考文献：

[1] 徐 红，曹冬梅，. 验证牛顿第二定律中牵引力对误差的影响. 黑龙江科技信息，2010，（36）.

[2] 王宝英，. 用自制激光测速仪来验证牛顿第二定律. 物理教学探讨，2007，（1）.

[3] 张晓玲， 牛顿第二定律实验的改进. 物理通报，2006，（3）.

[4] 孟卫东. 验证牛顿第二定律. 中学生数理化（高中版），2005，（17）.

[5] 奚永康. “验证牛顿第二定律”演示实验的改进. 物理教师，2004，（4）.