2023年改进物理实验教学.doc

改进物理实验教学改进物理实验教学 徐德亚 物理学是一门以实验为基础的科学。物理实验作为物理教学的基本手段，有其特殊的教学功能。几年来，笔者在实验教学中通过“破、读、看、找、创”五个环节，有意识地引导学生认真阅读教材，仔细观察实验，积极思维联想，大胆创新实践，有力促进了物理实验的教学改革，激发了学生的兴趣，培养了他们的创新能力。一、实验教学五个环节的具体做法 1.破：破除学生的思维定势。消除认为做实验必须按书本规定的方法一成不变的思维框框。向学生指出，同一实验，可以用不同的方法、不同的器材和装置进行。课本中的实验，有的实验原理不够完善，有的操作麻烦，有的效果不理想，需要从实验原理装置和操作方法上加以改进。在教学中向学生展示经过精心改进的实验，通过对比让学生认识到探索改进实验方法是一件很有意义的工作，从而激起学生思维的积极性和强烈的求知欲。2.读：精读书上叙述的实验内容。在演示改进的实验时要让学生明确，一个新的实验方法的产生，是建立在对旧方法深入认识的基础上，针对其存在的缺陷进行改进而实现的。要求学生对每个实验的内容都认真阅读，弄清实验的目的、原理、仪器装置，了解操作程序，在头脑中形成一个完整的实验过程。要能根据实验原理去分析推断实验现象，使自己心中有数。这样才能在观察教师的实验演示中发现问题，找出实验方法上的不足。3.看：观看教师的实验演示过程。要求学生不仅仔细观察实验中的各种现象，而且要注意教师的操作过程。引导学生按实验原理完善、装置简便、合理；操作省时易行、实验效果好的标准，在观察中积极思维，作出分析判断。教师应有意识地突出实验中的不足之处，达到启发学生观察的敏锐性，培养学生提高综合概括、分析判断能力的准确性的目的。4.找：发动学生找出实验存在的问题。这是学生活跃思维、激发兴趣的一个环节，也是最富于启发性的过程。实验后，教师放手让学生充分讨论，鼓励发表不同意见，要求学生大胆列举自己看出的“问题”，相互交流，切磋对错，然后师生共同总结归纳出实验上的问题。为改进刨新实验方法打下基础。5.创：探索创新实验方法。教师应帮助学生树立成功的勇气和自信心，培养他们刻苦钻研的精神和坚韧不拔的毅力，充分发挥想象力和创造精神，引导他们运用掌握的知识在实践中去探寻实验方法。二、改进实验方法的实例 1.改进验证向心力公式实验。演示此实验前，先向学生讲明实验原理存在的问题(操作难度大、效果不佳)，交给学生设法改进实验方法的任务。然后按“阅读课文观看演示提出问题创新方法”的步骤进行实验教学，在实验后的广泛议论中，综合大家的意见，归纳出实验存在的主要问题：原理不完善，不能保证小球在水平面内作匀速圆周运动，从而弹簧秤的读数不能代表小球所受的向心力。在抡起小球时，手的位置忽上忽下，读数不确定、而且可见度太小。弹簧秤随时在伸缩，以致很难确定圆周的半径。改变角速度在观察时不明显。针对上述问题，学生展开积极的探讨和研究，通过反复实验得知，用光滑圆板约束小球，能保证小球在水平面内作圆周运动，同时易于确定小球的轨道半径。用圆形测力计代替弹簧秤，增大了读数的可见度，利用秒表记时能较准确测出小球运动的角速度。改进后的实验装置如图 1：铁架台上端用十字夹夹一钻有圆孔的光滑圆板，圆孔中套一光滑空心帽钉，圆板上画有一直径作为标志线。圆形测力计通过十字夹固定在铁架台上，按图装置好器材，给系线小球一初速度，小球作匀速圆周运动所需向心力可由圆形测力计显示，角速度可通过秒表测出小球经过标志线的次数所历时间求出，改变小球运动的轨道半径可通过调节十字架改变圆板高度实现。测出静止时小球球心到圆板中心的距离 s，然后由小球运动过程中圆形测力计的读数，易得对应的伸长量x，从而小球运动的轨迹半径 r 通过，：S+Ax 求出，能定量验证向心力公式。改进后的实验、原理较完善。操作方便、直观，可见度大，稳定性好、效果较好。2.改进测电流表内电阻实验。将电流表改装成伏特表，关键是如何精测电流表的内电阻，在进行此实验前，应将实验的难点分散到课堂演示实验之中。先指导学生阅读教材，然后请两名学生上讲台演示，大家仔细观察。实验后，学生会立即发现，这个实验操作不便、调节滑线变阻器时难于使电流表刚好满偏。稍不小心，表针超满偏，易损坏电表，实验的测量值为 94(300A 电流表)，课前教师用电桥精测的值为 103，相对误差为 8.7。在此基础上，引导学生进行实验的定量误差分析，指出这是由于实验原理不完善和测试方法粗略所带来的系统误差，这样改装后的伏特表也将出现较大误差。就如何使实验操作方便、减小实验的系统误差这一问题，学生在广泛的讨论中提出了在干路中串联一个微调电位器、选用高内阻和电压较高的电源的切实可行的措施。实践证明，效果很好。为了开阔学生的知识视野，充分发挥他们的创造精神，笔者提出了如何设计实验原理更完善、操作简便，精度较高的实验电路，并提示他们回顾测电阻的方法，启发他们带着问题积极思考探索在对比中联想、创新。课后学生很快设计出了近十种实验电路。现举例如下：实验电路如图 2 所示，G1 为待测内阻的电流表、G2 为灵敏电流表、R1 为滑线变阻器、R2 为电阻箱。实验步骤和原理简述如下：(1)按图连接好电路，将 Rl 触头置左端，R2 调为零。(2)关闭 K1，缓慢调节 R1，在 c1、G2 均不超满偏的情况下，使 G2 有较大整数刻度数值，并记下此时 G2 指针所在位置。(3)关闭 K2，调节 R2，使 G2 指针恢复原来位置，记下电阻箱的阻值 R2，依次断开 K2、K1，则有电流表 G1 的内阻 Rg=R2(若将 G2 与 c1 互换，同理可测出 G2的内阻)。实践证明，改进后的电路原理完善，简单易懂、省时省材、操作方便、精度较高(消除了半偏法测电流表内阻由于表头直线性不良引起的系统误差)，不失为较好的实验改进电路。通过上述实验的改进，有力地促进了学生的能力发展，对培养“创造型”人才大有裨益。