物理实验设计论文

导语：物理实验设计论文一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要:物理实验是物理教育与物理研究的重要手段和组成部分，中学物理教育中对物理实验的重视程度直接关系到学生对物理学习的兴趣及物理研究思维、能力的高低．从美国的主流高中物理教材《物理原理与问题》一书中我们可以清晰地看出这个全球领先的教育大国对物理教育中物理实验的重视程度，并由此得出此书中的物理实验无论在数量还是在质量上都有着我们可以借鉴的地方．

关键词:中美教材;《物理原理与问题》;实验设计

《物理原理与问题》是一部依据“美国科学教育标准”而编写优秀高中教材，也是当今美国高中主流的理科教材，全书共分为上中下三册，知识体系与内容与我国的传统物理教材并无太大的区别，但《物理原理与问题》教材中的实验部分内容无论从数量上还是质量上都高于我国的传统物理教材，笔者就此书上的几个中学物理实验的内容和设置来谈谈自己的感受，并参照我国人教版的物理教材相似部分作以比较．

1《物理原理与问题》学生实验的设置

《物理原理与问题》中的学生实验部分分为“起步实验”、“物理实验”、“迷你实验”三种类型，共计90个平均分布在全书30个章节之中．“起步实验”设置在每一章的开始部分，是导入本章学习内容的相关实验，纵观全书，此类实验设计比较通俗易懂，对实验器材的要求不高且趣味十足，为提高学生对本章的学习兴趣奠定了一定的基础;“迷你实验”一般贯穿在学习章节的中部，是对本章的一个重点内容的探究性实验，实验的设计、操作都比较简单;“物理实验”则安排在一章的结束部分，是对本章学习内容的一个总结性探究实验．这类学生实验相对前两类实验而言比较复杂，由具体的问题、实验目标、安全警示、实验器材、实验步骤、分析、结论与应用、进一步探索、生活中的物理学九个部分组成．并且可以分为互联网式的观察实验，以计算器为基础的实验室(CBL)的数据处理实验以及设计类实验为代表的三种类型．

2《物理原理与问题》学生实验的特点分析

《物理原理与问题》学生实验的与我国高中传统教材中的学生实验相比较而言有着很多的特点与特色，具体表现如下:2.1实验设计简单易懂，一般不需要复杂的专业实验器材以第一章的“起步实验”为例，在探究物体下落的速度是否相同实验中，课本只用了五枚硬币和一小截透明胶带就完成了实验的整个过程，学生在观察中很容易发现两组硬币是同时落地的，且对亚里士多德的观点会产生怀疑．在第二章运动的描述“起步实验”中，用两个不同玩具小车的比赛来比较两车的运动情况，并让学生收集相关的数据(尺子和电子表)来验证自己的观察．第二章“迷你实验”中“瞬时速度矢量”实验中用一个1米长的细绳系住一个小重物，然后使重物摆动起来，让学生观察几个来回摆动中物体的运动、速度以及方向．停止物体的摆动，请学生画一幅图，表示摆动的最高点，最高点和最低点之间的中点，摆动的最低点，最低点和最高点之间的中点，以及回到摆动的最高点的瞬时速度矢量．最后要求学生分析:(1)何处物体的速度最大?(2)何处物体的速度最小．(3)解释如何利用所画的矢量图求出物体的平均速率．以上所介绍的三个小实验中没有一个用到了专业的实验仪器，大多数器材都是来自生活中的日常用品，这对锻炼学生的动手能力和观察能力提供了很大的方便．2.2实验设计大多来自日常生活中的现象，与学生的社会生活紧密相连第一章结束部分的“物理实验•互联网”栏目“对运动中的物体的探究”的实验是一个以观察互联网上录像片素材的观察测量实验，录像片中的场景是在美国中西部接近中午时段所拍摄的公路上行车的情况，并介绍了许多州在进行空中观测车速的办法是以公路右侧边缘处每隔0.322km的白色长方形为标记的方法，这个实验是让学生利用手表记录录像片中车辆经过公路上两个白色标记的时间间隔，以此计算车辆在公路上的平均速度，在实验的分析部分要求学生定性、定量的总结出观察结果并可以绘制和运用速度时间图象．第四章结束部分“电梯里的力”这一实验是利用生活中常用的箱式电梯来做实重和视重(超重、失重)的区别实验，用到的器材都是如电梯、盘式体重计、弹簧秤等日常生活用品，实验操作简单易懂，实验数据也容易获得．从这些实验的设计和操作我们可以发现《物理原理与问题》中的实验十分注重物理学和日常生活、生产的相结合，实验器材大都来自于生活用品之中，这无形中就拉近了物理和学生生活的距离，也提高了学生的物理实验的积极性．2.3实验设计的自主性强、角度多维化，具有高度的开放性第六章“二维运动”中结束部分的物理实验“射中目标”主要是探究抛体运动的相关规律和应用，实验中所使用的器材有:小塑料管(吹气管)、橡皮筋、纸、胶带、木块、钉子、剪刀、衣架、细钢丝、钢丝钳等等．实验的步骤1首先让学生想象列举出可能影响到抛体路径的各种因素;步骤2让学生利用这些器材设计一个发射器并确定两个对抛体飞行路径影响最大的两个因素;步骤3与老师讨论上述问题并改进后进行实验．最后收集相关的数据．在这个实验的设计中我们可以发现这是一个开放性很强的实验，学生可以依据实验的目标和器材来自己设计实验的装置和操作，充分发挥了学生作为一个独立个体的能动性，锻炼了学生的创新思维．3对《物理原理与问题》学生实验的设计感受众所周知，物理是一门以观察和实验为基础的自然科学．实验教学的重要性对物理教育本身有着不可替代的功能性和主体性，是培养学生物理素养和自然科学素养的有效手段．因此，中学物理实验的数量以及质量对学生学好物理，提高对物理学习的兴趣至关重要．《物理原理与问题》一书中的学生实验部分对我国中学物理教育者来说的确有着很多的启示．首先，它在物理实验的数量上真正体现出了物理实验是物理学习与研究的重要组成部分，而我国传统的物理教材对物理理论与物理规律的学习过于偏重，在繁杂的物理规律学习中，学生渐渐地就偏向了机械式的记忆学习模式，最终丧失对物理学习的兴趣，好在我国新一轮的物理教材改革也逐渐注意到了这个弊端，也做出了相应的改革，但从现行教材来看，实验的数量还是偏少，实验的内容质量显得传统而呆板，并且对物理教师的实验培训工作也做得不够到位．其次，它在物理实验设计的质量上也体现出了物理和生活、生产的密切联系性．我们可以在实验的目标中看出实验本身就是对日常生活和生产中的物理现象及规律的研究，实验的器材也大都来自与生活用品，学生随手可得，实验的地点也不仅仅限于实验室之中．

这样就给了学生广阔的实验时空，这就对学生今后在日常生活生产中不自觉地使用物理知识进行研究和探索打下了基础．而我国的中学物理实验在这方面做的很少，大多数的实验还停留在实验室中，需要专业的物理实验器材才能完成，这对学生的动手实验无疑设置了很多的障碍．杨振宁在对比中、美两国学生物理素养的时候指出:“中国的学生学习非常刻苦，基础知识丰富、扎实，且善于考试．但他们却普遍存在动手能力差，不善于提出问题等缺陷．它山之石，可以攻玉．笔者结合自身教学经验对美国物理教材实验设计部分和我国现行物理实验教育的一点对比．相信只要我国广大的物理教育者充分发挥“瓶瓶罐罐做实验”、“生活生产皆研究”的精神，我国的物理实验教育一定会有质的突破，为我国的物理教育的突破奠定坚实的基础．

参考文献:

［1］科学发现者［M］.《物理原理与问题》(美)．齐泽维茨等著浙江教育出版，译，2008.8．

［2］普通高中课程标准实验教科书．物理(必修1)［M］．人民教育出版社，006．

作者:张勇 单位:长丰县第一中学