(二)培养学生掌握科学实验的方法
物理实验技能包括:实验设计构思,仪器操作技巧、实验科学规程、事实求是地记录实验结果、运用数学方法处理实验数据和减少误差的科学方法等。
①注意进行实验设计构思方法的教育。在物理实验教学中,教师把实验设计思想和构思方法教给学生,使学生不仅知道怎么做?还要知道为什么这么做?这样做有什么巧妙之处?让学生从巧妙的实验构思中受到启发,从而变得更聪明更有智慧。下面是物理教学中常见的几种实验构思方法。
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微小量加倍放大法。只要测出微小量若干倍的总结果,再用放大倍数去除,便可得到一个微小量较为精确的结果。如用毫米刻度尺测一张纸厚度,用感量 0.1 克的天平测一粒大米的质量均可用此方法。
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代替法。曹冲称象的故事千古流传,从方法论来看就是用了代替法。他将不可宰割的大象用可以分割的石块来代替,真是巧妙。托里折利实验也采用了代替法,用非常容易测量的托里折利管内水银柱的压强代替难以直接测量的大气压强。阿基米德在洗澡时看到人浸入水中会把浴缸中的水排出,于是他想出了:通过排出水的体积来代替物体本身的体积。从而揭开造型极为复杂的王冠体积测量之谜。
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间接法:布朗运动所以成为物理学史上著名实验原因何在?其实布朗运动并不是分子的运动,而是借助用眼很容易看到的悬浮在液体中小微粒的无规则运动来间接证实无法用眼直接观察的液体分子无规则运动。放射性α、β、γ射线,很难直接看到。根据射线对空气的电离作用,威尔逊设计了云室,用云室中可看见的雾迹来间接地研究看不见的射线性质。
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比较法。天平是根据力矩平衡原理,把未知质量的物体与已知质
量的砝码进行比较而测出物体质量的。惠斯通电桥也是根据: R x
R 0
= L2 L1
通过电阻间比较来测未知电阻的。
- 平衡法。天平的原理是力矩平衡。弹簧秤的称量是二力平衡。量热器测定物质比热实验是根据热平衡方程。比重计、压强计、温度计等进行测量时,都是利用了平衡法。
②如何进行科学操作规程与方法的教育。学生通过物理教学养成遵守科学操作规程与方法的习惯,将来到社会上才能自觉遵守各种安全操作规程,运用正确方法避免发生各种惨痛的伤害事故。可见培养学生严
格遵守科学操作规程与方法是十分重要的。
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训练学生用正确方法使用各种测量仪器。如使用物理天平必须先调节底板成水平,再调节横梁成平衡。使用时物体放左盘,砝码放右盘; 加砝码由大到小,要用镊子夹砝码,要会使用游码;加减砝码时要把横梁刀口落下来;称完后把砝码收好。测量仪器用前要注意调整零点。测量仪表读数程序分三步:先看范围;再弄清一大格一小格表示多少;最后才读数。每个实验仪器、测量仪表都要清楚用怎样的方法使用是正确的,怎样的使用方法是错误的。
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熟悉实验操作步骤、养成遵守科学操作程序的习惯与方法。如: 初中电学实验时,要求学生养成打开电键连接电路,经过检查再开始实验,初次闭合电键可采用试触法,发现有问题马上切断电路进行检查, 直到电路无误,再开始实验等正确操作方法。
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遵守安全规程与方法的教育。特别是结合本地区发生的重大事故,如深圳的一个玩具厂,动力线由封闭车间的防盗网穿过时间长了动力线与防盗网短路,而工厂的电工又用铜丝代替保险丝,一场大火造成86 位青年工人遇难的重大恶性事故。教育学生一定要自觉遵守安全用电的各项要求。
③如何进行实验技巧的方法教育。教师在组织学生实验时,可以通过教师示范、录像示范和实验过程指导的方法,使学生掌握实验技巧和方法。如用量热器测定物质比热,量热器小筒中倒水不能太多,也不能太少;混合后的温度要边搅拌边观察,当温度计水银柱上升到最高点开始下降时,最高点所示的温度就是混合温度。
④如何进行实验数据分析和减少误差的方法教育。
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初中物理实验数据处理主要采用列表法。数据分析用公式计算或总结一次函数公式而高中物理实验数据处理除列表法之外,还有矢量图和函数图象法。数据分析用公式计算或总结公式之外,还有矢量图形分析和图象分析。
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初中物理实验数据处理用多次测量求算术平均值的方法。高中物理实验增加了逐差法和作图法来处理数据。