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摘要:物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其實(shí)驗(yàn)主要來自于生產(chǎn)、生活和科學(xué)，所以學(xué)習(xí)和研究物理的最基本方法就是觀察和實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)是感性材料的獲得、物理規(guī)律的探索、物理世界的認(rèn)識(shí)的一個(gè)基本手段，也是物理理論的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之一。文章主要從高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則入手，并提出了高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要類型及具體的操作方法。

關(guān)鍵詞:高中物理;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);可行性;實(shí)驗(yàn)題目

近年來，對高中物理的研究在不斷深入和發(fā)展，積極探索實(shí)驗(yàn)的重要性就具有重要意義。從高中物理發(fā)展形勢來看，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并訓(xùn)練他們的動(dòng)手操作能力，尤其在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力方面有著很好的作用，所以就引起了物理教育工作者的廣泛關(guān)注。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為物理高考的一種重要實(shí)驗(yàn)題型，但考生歷年來都在這種題型上并沒有很高的得分率，這也是高考理綜失分的主要原因之一。其原因主要是學(xué)生沒有牢固掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，不熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟，也沒有從基本要求方面養(yǎng)成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的好習(xí)慣。

一、高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性

教師在教學(xué)中可以利用物理實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的觀察思維能力、動(dòng)手操作能力、分析解決問題的能力及創(chuàng)造能力;也能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在日漸推行素質(zhì)教育的今天，應(yīng)該讓學(xué)生在教育的過程中充分體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的快樂，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用注意力、記憶力、觀察力、想象力和思維能力來學(xué)習(xí)，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂趣。

二、高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則

所有的實(shí)驗(yàn)在實(shí)施前，都要合理的安排和巧妙的設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要預(yù)先設(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能遇到的困難，盡可能的在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中排除這些問題，這樣才能起到事半功倍的效果。只有按照一定的原則去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，才能使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理、也更切實(shí)可行。從而使過程操作簡便、結(jié)果也真實(shí)有效。總的來說，可以將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則概況為以下幾點(diǎn):(一)探索性設(shè)計(jì)原則。探索性設(shè)計(jì)原則就是指需要學(xué)生去挖掘?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)中所包含的隱藏在較深層次的物理規(guī)律;需要學(xué)生去跨越實(shí)驗(yàn)的條件和結(jié)果之間存在的較大距離;往往沒有一個(gè)明確的解決問題的方法與途徑，學(xué)生必須要通過嘗試錯(cuò)誤來提出假設(shè)并驗(yàn)證假設(shè)來尋找。這一原則可以激發(fā)出學(xué)生的智慧潛力，形成內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。(二)科學(xué)性設(shè)計(jì)原則。所謂的科學(xué)性原則就是指以科學(xué)實(shí)踐反復(fù)證實(shí)的客觀規(guī)律為基礎(chǔ)，以唯物主義基本原理為指南的實(shí)驗(yàn)。一旦違背了科學(xué)性原則，實(shí)驗(yàn)就將陷入到非科學(xué)或偽科學(xué)的歧途，從而整個(gè)研究都是一無所獲的。(三)可控性原則。可控性對于實(shí)驗(yàn)條件來說，是一個(gè)典型的特征，通過對實(shí)驗(yàn)儀器、條件、物理量的控制，可以更好的對物理對象所具有的特征進(jìn)行研究，從而反復(fù)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，并且能有效的控制實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。只有在可控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，才能保證其有效進(jìn)行，使實(shí)驗(yàn)更具可行性。(四)可行性原則。是指實(shí)驗(yàn)策劃運(yùn)行的方案是否達(dá)到并符合切實(shí)可行的策劃目標(biāo)和效果．可行性原則就是要求實(shí)驗(yàn)的策劃行為應(yīng)時(shí)時(shí)刻刻地為本身的科學(xué)性、可行性著想，避免出現(xiàn)不必要的差錯(cuò)．(五)簡便性原則。簡便性原則主要是指為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，對?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)器材的調(diào)試應(yīng)該盡可能的減少，對實(shí)驗(yàn)的操作過程、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)測量都進(jìn)行簡化處理，越簡單越好。(六)隨機(jī)化原則。隨機(jī)就意味著可以從總體中任意抽取研究的實(shí)驗(yàn)對象，換而言之就是說被抽中的單位不是刻意的，完全是偶然的。這樣做的目的是:一方面可以使系統(tǒng)誤差消除或減少，使顯著性測驗(yàn)更具意義;另一方面可以對各種條件做到平衡，使實(shí)驗(yàn)中可以避免出現(xiàn)偏差的結(jié)果。(七)精確性原則。任何一種實(shí)驗(yàn)類型，其實(shí)驗(yàn)的結(jié)果最終都是為了與客觀真實(shí)更接近。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全偏離了客觀真實(shí)，那么此次實(shí)驗(yàn)必然是失敗的。所以，就要求實(shí)驗(yàn)要盡量避免系統(tǒng)誤差，也要減小偶然誤差的出現(xiàn)幾率。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者必須要對上述的幾條實(shí)驗(yàn)原則充分考慮，盡量的符合這些要求。其中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則就是科學(xué)性、可行性原則。這兩大原則對任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說都是必然要求，只有滿足這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)原則的實(shí)驗(yàn)才是具有可行性的，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果將是無效的。

三、高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要類型及具體的操作方法

近年來，通過分析高考物理實(shí)驗(yàn)命題類型，可以發(fā)現(xiàn)最常見的考試類型就是創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)題，該類型的實(shí)驗(yàn)題有以下幾種常見的情況:遷移類、設(shè)計(jì)型、運(yùn)用型、研究型等，本文詳細(xì)分析了這四種高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的解答方法，具體研究如下:(一)遷移類實(shí)驗(yàn)。我們考察遷移類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題，其考察的主要目標(biāo)并不是在課本上我們所學(xué)到的現(xiàn)成知識(shí)，但是對解決這一類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題的基本思路卻是在課本上我們能夠?qū)W到的。所以，這類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考察的主要目標(biāo)就是我們掌握基本知識(shí)、基礎(chǔ)原理的情況及遷移能力等兩個(gè)主要方面。當(dāng)我們遇到這類實(shí)驗(yàn)問題時(shí)，要先對問題做一個(gè)全面的剖析，根據(jù)其中會(huì)涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理，再與實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材操作相結(jié)合起來，在情景遷移和聯(lián)想對比中就可以找到解題的方法。(二)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。對于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)問題來說，相應(yīng)的要求和實(shí)驗(yàn)器材經(jīng)常會(huì)在題目里給出，需要我們根據(jù)要求來設(shè)計(jì)出具體可行的實(shí)驗(yàn)方法。像這類實(shí)驗(yàn)題目，其考察的重點(diǎn)就是我們對基本原理、知識(shí)的理解程度。此外，也要求我們能將所學(xué)的知識(shí)靈活的運(yùn)用其中，進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們遇到這類題目時(shí)，首先要做的就是對題目中實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵進(jìn)行分析，之后再去分析學(xué)到的基礎(chǔ)原理和知識(shí)，將實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)建出來，還要分析實(shí)驗(yàn)方案是否具有可行性，最后再付諸實(shí)驗(yàn)，并處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在這一過程中，要注意堅(jiān)持科學(xué)、簡便、可行的原則，這樣才能解答好這類實(shí)驗(yàn)問題。(三)運(yùn)用型實(shí)驗(yàn)。對于運(yùn)用型實(shí)驗(yàn)來說，通常是將我們生活中，或者社會(huì)生產(chǎn)中的某一個(gè)問題作為實(shí)例。這類問題有著較大的信息量，所以我們在解答的過程中，先應(yīng)該仔細(xì)的分析題目給出的信息，通過分析可以從中獲得有用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再結(jié)合所學(xué)到的知識(shí)，來解答問題。一般來說，我們在解決這類問題的過程中，首先，應(yīng)對各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法非常的熟悉，以此為基礎(chǔ)，深入的解剖題目，將有用信息從中找出來，再結(jié)合類比、聯(lián)想等思想，將相應(yīng)的物理模型建立起來;其次，我們應(yīng)在現(xiàn)有的物理知識(shí)基礎(chǔ)上，在新的物理情景中將其應(yīng)用進(jìn)去，這樣才能進(jìn)一步進(jìn)行推理、計(jì)算，更好的將問題徹底的解決。(四)研究型實(shí)驗(yàn)。所謂的研究型實(shí)驗(yàn)問題，就是指圍繞我們研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)所出的題目，這類題目中有的要求我們以給出的條件作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法;有的要求根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)論，去求解某個(gè)物理量;還有的會(huì)要求我們對已經(jīng)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。研究型實(shí)驗(yàn)問題要求我們有很高的分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，同時(shí)也是對我們的基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾焱緩?。我們在解答這類實(shí)驗(yàn)問題時(shí)需要認(rèn)真審題，掌握題目的要求，努力設(shè)計(jì)出一個(gè)簡單、可行的實(shí)驗(yàn)方案。另外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的相關(guān)問題解答時(shí)，要認(rèn)真的分析題目中的數(shù)據(jù)，找出各個(gè)物理量之間的關(guān)系，也將問題的本質(zhì)找尋出來，從而做好解答。

四、結(jié)語

綜上所述，實(shí)驗(yàn)是高中物理的基礎(chǔ)，也是考試的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。對高中生來說，學(xué)習(xí)好高中物理有很大的難度，尤其是對我們的抽象邏輯思維及動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ泻芨叩囊?。在日常學(xué)習(xí)中，我們發(fā)現(xiàn)有很多內(nèi)容都涉及到物理實(shí)驗(yàn)，可見物理實(shí)驗(yàn)的重要性。因此，我們針對不同類型的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題，應(yīng)該采用不同的解題方法，從而可以通過物理實(shí)驗(yàn)使自己對物理知識(shí)的理解更為深刻。

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作者:田磊 單位:衡水第一中學(xué)