初中物理实验各环节的复习思路

时间:2019-09-27

　　摘    要：　首先利用图表法对实验进行分类, 再以设计实验方案环节为例从实验方法、器材选择和表格设计为例详细进行了分析, 总结归纳出了较为实用的实验复习策略。

　　关键词：　物理实验; 设计实验; 表格设计;

　　Abstract：　This paper classifies the experiments by chart, and then takes the design of experimental scheme as an example to analyze experimental methods, equipment selection and table design in detail, and sums up practical experimental review strategies.

　　Keyword：　physical experiment; design experiment; table design;

　　物理学是以实验为主的自然科学学科。义务教育物理课程标准 (2011年版) 将“科学探究”作为课程内容之一。其中实验探究不仅是物理学科核心素养的重要内容, 也是提升初中生科学素养的重要途径。学生通过实验探究可以获得观察能力、设计实验能力、实施实验能力、分析论证和评估能力。笔者对总复习阶段的实验复习方法做了较为深入地研究, 同时总结归纳出了较为实用的实验复习方法。
 

　　一、初中物理实验分类

　　初中物理实验可分为测量性实验和探究性实验。不同类型的实验, 有着不同的设计思路和器材选择。物理实验复习教学过程, 首先是帮助学生梳理物理实验的类型, 现将实验分类以下图呈现 (图1) 。

　　图1 初中物理实验类型

　　实验归类的目的是使学生明确实验类型, 快速准确地掌握不同类型实验设计方案的方法技巧, 分析论证的策略以及评估的角度等等。学生对实验分类有了清晰认识, 才能够得心应手地进一步深入实验分析, 不至于逻辑混乱。

　　二、实验各环节复习思路

　　实验复习过程可以分为设计实验、分析与论证、评估三个专项进行复习。下面以设计实验方案环节为例进行复习方法阐述。设计实验方案需要学生明确实验原理或方法、选择器材、设计表格。

　　1. 实验方法

　　初中阶段, 物理实验常用到的方法是控制变量法、转化法和等效替代法等。通过不同的实验问题, 学生进行分析设计, 掌握科学实验的思想方法最为关键。[1]在复习阶段, 要让学生明确这三种方法的本质特点, 能独立列举出不同实验中所用到的方法。控制变量法是对于某一研究量有多个影响因素, 每一次只改变其中某一个因素, 控制其余几个因素不变, 从而研究被改变的这个因素对研究量的影响。例如, 探究“接触面粗糙程度一定时, 滑动摩擦力与压力的关系”实验就用到了控制变量法。转化法是对于一些看不见摸不着或不易直接测量的物理量, 用一些直观现象反映或用易测量的物理量间接测量。在探究“质量一定时, 动能大小与物体速度关系”的实验中, 用小球撞击木块距离的远近间接反映小球动能的大小, 就用到了转化法。等效替代是相同前提下, 用等效的简单的物理过程代替陌生复杂或不易操作的物理过程。在探究“平面镜成像特点”时, 为了解决比较像与物大小关系, 物体分身无术的困难而采用了等效替代法。

　　2. 器材选择

　　实验器材可分为测量性器材和非测量性器材。测量性器材的选择首先要考虑它的安全性, 即测量时不要超过它的量程, 其次再考虑它的精确程度, 即分度值的大小。一般情况下, 精确程度越高越好。例如选择弹簧测力计, 首先从量程角度选择, 再考虑其分度值, 若某实验中两个测力计的量程都满足要求, 则分度值小的测力计是最佳选择。

　　非测量性器材的选择一般根据它在实验中的作用, 要满足实验的需要。例如在“探究电阻一定时, 导体中的电流跟导体两端电压的关系”的实验中, 50Ω和20Ω两个滑动变阻器的选择思路是首先考虑它在本实验中的作用是改变定值电阻两端的电压, 其次想到定值电阻两端的电压变化范围越大越好, 再次思考哪个变阻器使定值电阻两端的电压变化范围大。

　　3. 表格设计

　　设计实验表格是为进行实验环节记录实验数据, 为分析论证以及评估环节提供证据。表格中一般包括实验次数, 需要观察、记录、计算的项目等, 实验表格的设计情况在很大程度上反映了学生的实验方案设计能力。而不同的实验类型在表格设计上又有各自的特点, 下面分类阐述。

　　(1) 测量性实验表格设计

　　测量性实验表格设计通常涉及到项目、次数和预设内容。测量性实验要根据实验目的确定实验原理, 多数测量性实验属于间接测量, 其测量结果需要通过计算。众所周知, 任何实验都存在误差, 因此多数测量性实验至少做三次取平均值来减小偶然误差。表格项目通常是原理中涉及到的物理量, 有些实验需要加上观察量。例如在“用电流表和电压表测定值电阻阻值和小灯泡阻值”的实验, 两个实验的原理均为I=U/R, 所以表格项目都包括电压、电流、电阻。两者的不同之处是测定值电阻阻值的表格中需要多“电阻的平均值”一项, 而小灯泡阻值会随温度的升高增大, 所测电阻值取平均值无意义。

　　由此可知, 如果待测物理量是本身的性质, 不随其他因素改变, 做三次实验目的是为了取平均值减少误差, 表格中需要加“平均值”一栏, 否则像小灯泡电阻随温度而变化, 电功率随电压、电流的变化而变化, 取平均值无意义, 所以表格中不能加平均值这一项。

　　(2) 探究性实验表格设计

　　探究性实验分为探究规律类和探究两个量关系类实验, 这两类实验在表格设计上存在很大不同。

　　探究规律类实验的实验次数和表格项目要依据实验探究中的实验问题。规律类实验, 通常做一次就可以得出结论, 但为使实验结论具有普遍性, 实验次数应至少为三次。例如:在“探究串联电路总电压与各部分电压的关系”实验, 根据实验探究的问题, 确定表格项目包括各部分和串联电路总电压。实验次数应为三次, 通过选择三个不同电阻, 且每一次各串联部分电压比值不同, 来保证实验结论的普遍性。

　　探究两个量动态关系的实验较为复杂, 按照实验归类表, 除了探究两个可测量动态函数关系的实验, 必须做至少六次实验才能得到实验结论, 其他都只作三次实验即可得到结论。此类实验的表格项目一般包括控制量、自变量、因变量及这三者的间接反映量。自变量、因变量可在探究问题中寻找到, 控制量在猜想或已知条件中隐身。如果这三个量不能直接测量或观察, 需要加一项间接反映量。另外, 表格中还需填写实验前的预设信息。例如探究“动能大小与速度大小的关系”实验, 自变量是小球到达斜面底端速度, 但初中阶段, 小球的速度无法直接测量, 因此使小球从同一斜面不同位置下落, 用其下落高度来间接反映小球到达斜面底端的速度;因变量是小球的动能, 而动能也无法直接测量, 需要通过木块移动距离间接反映, 因此表格需要增加自变量和因变量的间接反映量。本实验是探究两个不可测量的关系, 自变量预设为小、中、大。若实验中探究的是两个可测量的关系, 表格项目的确定与上面完全相同, 只是在自变量的预设上不同。自变量预设要遵循在变化范围内多点等距的原则, 间隔大小的计算方法:△x=x2-x1/5, △x的大小取值是所用测量仪器分度值的整数倍, 方便准确读数。

　　参考文献：

　　[1]李岩.基于核心素养发展的初中物理复习策略[J].物理教学探讨, 2017 (4) :45-46.

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