实验是物理学研究的基本方法之一

实验是物理学研究的基本方法之一。近几年我常在物理教学中，有目的地安排设计一些对比性的实验，帮助学生形成正确的物理概念，掌握物理规律，突破难点，消除疑点，收到了较好的教学效果。 一、运用对比性实验帮助学生形成正确的物理概念 有些物理概念比较抽象学生难于理解，设计对比性实验，边引导边实验边分析，抽象出事物的本质特征，帮助学生形成概念，完成认识上的飞跃。例如，大气压强这一概念，对初中学生来说是比较抽象的，教学中我设计两个对比性实验，每做一个实验，都引导学生观察现象，思考问题，分析问题，步步深入。讲课开始，教师做“水杯——厚纸片”演示实验，让学生思考，放开手后，厚纸片会不会掉下来？当学生看到厚纸片不会掉下来这个意想不到的现象时，无不感到新奇有趣。这时，教师因势利导提出：“上述实验中厚纸片受到哪些向下的作用？为什么厚纸片不会掉下来？”学生很自然领会到厚纸片不会掉下来一定受到一个向上的压力作用，这个压力只能是大气产生的，由此可见，大气对厚纸片产生了压强。 进而向学生提出：“课本上要求做这个实验时，杯里要装满水，若杯里只盛少量水，甚至不装水，这个实验能不能成功？”为了开阔学生的思路，又进一步提出若用小刀片把厚纸片与杯的接触处撬开一个小口子，将会出现什么现象？然后再做实验加以验证。实验结果与分析、推理的一致性，加深了学生对大气压强的认识，同时也培养了学生的思维能力。接着进行“马德堡半球”实验，证明大气对任何方向都有压强，而且大气压强可以产生很大的力。从而使学生对大气压的理解具体而鲜明。 二、用对比性实验纠正学生的错误概念 为了纠正学生在生活经验中形成的错误观念，建立正确概念，恰当地运用对比性实验也能收到较好的教学效果。例如关于“自由落体运动”的教学，我针对学生认为质量大的物体下落得快，质量小的物体下落得慢的错误认识，设计了以下的对比性实验。先从相同高度处同时释放一个小铁球和一张纸片，结果小球下落得快。不少学生错误地认为小铁球质量大，下落快，因而得出下落加速度由其质量决定的错误结论。此时教师不要急于纠正学生的错误，而是接着分别演示：①两张相同的纸片，其中一张揉成一个小团，再从同样高度同时释放，结果观察到纸团下落快。②将一张质量较小的小纸片揉成一团与一张质量较大的纸片，同时从同样高度开始下落，可观察到质量小的纸团反而下落得快。当学生弄清纸片之所以比纸团下落得慢是因为空气阻力对纸片影响大以后，进而提出：“如果没有空气阻力的影响，将会出现什么现象”，让学生思考。然后再过渡到解决问题的对比性实验：“钱毛管”实验。先观察抽成真空的“钱毛管”中的金属片、小羽毛、小软木塞在没有空气阻力时，下落加速度都相同。接着打开“钱毛管”上的开关，让空气进入“钱毛管”里，再把“钱毛管”倒立起来，这时可以看到这些物体下落的快慢是不同的，前后两次实验的对比分析，突出了阻力对下落快慢的影响，形成了“重力加速度g与质量无关”的正确概念。 三、运用对比性实验导出物理规律 对于学生易于形成片面认识的物理规律，设计针对性强的对比性实验，可以帮助学生完成认识上的飞跃，例如，初中学生对“二力平衡”条件觉得很简单，似乎没有什么困难，但又往往形成片面的认识。在课堂教学中，我从日常生活中吊在电线上的电灯，放在桌子上的书籍等物体保持静止状态等实例引发，进而做“二力平衡的条件”的演示实验（课本中安排的），让学生仔细观察并读出小车保持静止时两边吊盘里砝码的重力，并向学生提出探索性问题：“二力在什么条件下才会平衡？”学生往往得出片面的结论：“二力平衡条件是二力的大小相等，方向相反。”这时引导学生再仔细观察如下两个有针对性的对比实验。①两个力大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上（即用两个小车拼合在一起代替原来的小车实验）；②两力大小相等，方向相反，作用在同一个物体（小车）上，但两力的作用线不在同一条直线上。通过这两个实验，学生自己否定了原先的片面论断，从而得出科学的结论：“作用在一个物体上的两个力，如果在同一条直线上，大小相等，方向相反，这两个力就平衡。” 四、运用对比性实验理解物理现象的本质 在浮力一课的教学中，为了揭示浮力产生的原因是水中的向上和向下的压强差对物体造成的压力差，我设计了如下浮力消失和产生的对比实验，把一块蜡块的底面紧压在平底的玻璃器皿的底面，使之紧密接触，然后缓慢地注水于容器中，使整个蜡块都浸没在水中，蜡块并不浮起。如果将蜡块与器皿底接触处推开一道小缝，让水浸入，蜡块则很快就浮起来。通过对比，学生对浮力产生的本质原因的理解就具体而深刻了。 在初中物理学习调查中，发现约占40％的学生普遍存在物理成绩上不去的现象，即一是同其他学科相比成绩偏低甚至偏低幅度较大，呈现学科间的显著不平衡；二是本物理学科的多次检测或是成绩欠佳，或是有一定下降。对这部分学生的进一步调查，发现他们的学习动机、学习态度、学习表现都比较好。为什么会出现效果与动机的明显反差呢？这就促使我们不得不从学习方法尤其是思维方式、方法上寻找原因。下面是调查整理后的初中物理学习中的几种主要思维错误。 一、形象思维中的形象淡漠 形象思维在初中学生的物理学习中起着极为重要的作用。如果学生对特定条件下的物理现象和过程，在头脑中没有建立起正确的物理形象，不会利用物理形象进行思维，就难以把文字叙述、数学表达式和现实过程联系起来，也就难以正确地进行分析、推理、判断等逻辑思维活动。例如：学生头脑中因为没有物质原子结构的初级模型的正确形象和电子运动的动态过程的正确图景，则对于摩擦起电的理解、对于电的中和的理解、对于带正电与带负电的理解都产生了困难；又因为学生头脑中没有建立起光线的鲜明正确形象，没有建立起光的直线传播的物理图景，就难以理解和分析影子形成、小孔成像等许多具体的物理问题。 二、因果思维条件的制约 事物的因果联系总是受着条件制约的。对条件的认识是一种较复杂的思维过程，一些思维能力不强的学生难于进行这类思维；对教材不理解或理解不透的学生也无法对一些条件进行分析和选用，从而使得在有条件关系的习题面前一些学生显得无能为力。如关于功的定义及计算方法，绝大多数学生都能流畅地表达出来，但解答具体问题时，很多学生又往往不自觉地把“在力的方向上”这一限制条件抛在脑后，从而出现错误。 三、逆向思维不知反其道而行之 逆向思维是从对立的角度去考虑问题。逆向思维解题的显著特点就是以未知为起点，运用有关概念、定律、定理找出有关物理量方面的联系，层层推理，确定解题路线的分析途径。由于受平时大量的从已知到未知解题方法的思维定势的影响，加之有的教师没有注意进行逆向思维的训练和能力的培养，很多学生不善于甚至不知道运用逆向推理、逆向论证、逆向分析。如一半以上的学生总认为抛出去的物体受到重力和抛力共两个力的作用，其原因除受“抛”字的干扰外，更主要的是不善于进行逆向分析或逆向论证，假如抛力存在，这个抛力的施力物体是谁呢？反过来想一想问题就迎刃而解了。 四、比较思维中的操作不当 比较思维是初中物理学习中最常见的一种思维方式，按理说初中学生应能较好的掌握比较思维的方法进行比较推理、比较分析、比较论证。但实际情况并非如此，调查表明近一半的学生在比较思维中不善于通过比较来认识事物的本质，有的完全不理解两种事物的可比性，有的不理解比较的一般作用在解题中的特殊作用，不善比较两种事物的共性和个性，不善于舍同求异或舍异求同。如回答直流发电机与交流发电机在主要结构上有何不同时，很多学生先直接回答直流发电机的特点以后，再回答交流发电机的特点，而不去比较两者在结构上的差异。同样，有相当多的学生在实际应用中不能区分相邻、相近的物理概念、物理量等。 如压力和压强，有用功、额外功和总功，功和功率，功率和机构效率，左手定则和右手定则等。 五、思维定势导致思维嵌塞 思维定势在习惯上也被称作思维上的“惯性”。在物理学习中，思维定势还有着相当程度的影响作用。有这样一道调查测试题：一人站立在乎面镜前，然后慢慢后退，则：人他在平面镜中的像越来越小，像离平面镜越来越远；B.他的像越来越大，像离平面镜越来越近；C.像的大小不变，但像离人却越来越远；D.像的大小不变，像与人的距离也不变。错选A的比例竟占40％。进一步的分析发现，这么多的学生之所以错选，是因为在解该题时凭借视觉的通常经验，而没有根据问题的需要进行必要的思维活动，忽略了“像的大斜与中看到你的大斜是两回事。由此可见，思维定势在人们接受新思想、新知识时，在对问题进行分析和判断时的影响是消极的，也是学生学习物理的思维过程中的一个不利因素。 上述的初中学生物理学习中的几种主要思维错误，究其原因主要有：一是没有深入理解物理概念的物理意义和概念所反映的物理事物、现象的本质；二是不能准确区分相近的物理量；三是忽视或误解物理规律的适用条件；四是没有搞清物理公式中各物理量的含义而乱写乱套公式；五是片面分析问题，只见局部不顾整体；六是凭自己的主观想象，缺乏从论证推理得出结论的习惯；七是死记硬背物理公式和某些结论，对具体问题不会具体分析；八是不能全面、准确地分析题目描述的全物理过程；九是不能对题意的分析建立起清晰的物理图景。究其根源，一是物理知识本身抽象程度高，与实际联系紧密，运用物理知识解决实际问题时灵活多变；二是教材的编写比较原则，缺少形象化的说明；三是缺少训练学生思路的典型范例；四是学生还没有把握住学习物理的科学方法，不善于从多方面去理解物理概念，不善于作比较分类工作，没有掌握解决实际问题的科学思维方法，不能从分析题中抽象出物理模型——确定遵循的规律——找出已知和未知的联系——建立方程——探讨答案的物理过程。一部分学生在学了物理之后，观察物理现象还仅仅停留在日常生活经验的水平上，心理层次来得到发展，错误未得到纠正，新观念未曾建立。因此，对于教学活动的主体——学生的学习方法的指导与训练确是深化物理教学改革的一个重要方面。不仅要使学生明确为什么学、学什么，更重要的是要让学生知道怎么学，培养学生掌握科学的思维方式和方法，排除日常生活经验的干扰，克服心理定势峋消极影响，是当今搞好初中物理教学的一个重要问题。 初中物理教学论文：物理教学如何突破重难点 重要的、难懂的概念、规律，一直是部分学生学习的严重障碍，影响了他们学习物理的兴趣和进取精神，如何消除这种障碍呢？我认为教学过程中应从以下四方面抓起。 一、讲究方法，注重实用良好的方法能使学生更好地发挥运用天赋的才能。老师讲课要注重方法的实用性，使学生尽快有效地理解，掌握所学的知识。如：类比法是物理教学中常用的方法，可帮助学生理解一些难懂的概念、规律和方法。不少学生对用比值定义的物理量常常理解不正确（如场强、电容、电阻），其原因是只注意了数学形式，忽视了物理意义。怎么办呢？我想绝大部分学生对初中物理中的匀速直线运动的“速度”是比较清楚的，它是用比值定义的，我们就以此为例，进行类比，以加深其理解。 物理学具有较强的规律性、逻辑性。有些公式学生容易混淆，造成记忆错误，如气体的三个实验定律，死记太伤脑筋，可以借助规律记忆法，让学生学会用“理想气体状态方程”推出三个实验定律的方法，学会了推导的方法就摆脱了烦锁的记忆。电磁学中不少学生左、右手定则分不清，记不牢，我便想出个“诣字法”，比如用“佑发拉底河”这河流名中的“佑”通右，“发”通“发电”即为右手发电，这样左、右手很有趣地分清了，学生记的还深刻。 二、抓关键，抓本质不少学生学习往往事倍功半，究其原因主要是对重、难点的理解没有抓住关键和本质。电磁学中，产生感应电流的条件是：闭合回路、磁通量发生变化。