二、實驗
“實驗”是人們根據(jù)研究的目的，利用儀器、設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究自然規(guī)律。 “實驗”在物理學(xué)的發(fā)展和物理教學(xué)中的基礎(chǔ)作用，無需贅述。
中學(xué)物理中的實驗，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為演示實驗和學(xué)生實驗，定性實驗和定量實驗，探索性實驗和驗證性實驗。
目前我國中學(xué)物理教學(xué)中，數(shù)量多的是由教師演示的探索性實驗。從培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗方法的角度來看，教師的演示起著示范作用。時刻意識到這一點，在安裝調(diào)整儀器設(shè)備，進(jìn)行實驗操作，觀測、記錄、處理數(shù)據(jù)，分析、概括得出結(jié)論，即在整個演示過程的每一步，都嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，必然會產(chǎn)生深刻的教育作用。
中學(xué)能做的探索性實驗，涉及的參數(shù)都不多，實驗時一般是依次改變其中之一來考查它的影響，后概括出反映各參數(shù)關(guān)系的規(guī)律。演示時學(xué)生了解這樣的考查步驟，在觀察中他們的思維便會處于更積極的狀態(tài)，同時也懂得這種用實驗來研究問題的方法。
物理學(xué)不少的實驗，如庫侖扭稱實驗、盧瑟福-粒子散射實驗、查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗等，限于設(shè)備，目前一般中學(xué)不能演示，但在課本里還是寫上了。課本這樣做，除了考慮到它們是重要規(guī)律，理論基礎(chǔ)，并且有助于發(fā)展思維，還考慮到可以使學(xué)生從這些具體實例中領(lǐng)會物理實驗的一般方法。例如，每個實驗都包括提出實驗任務(wù)，確定實驗方法并研究如何實現(xiàn)，對得到的實驗資料進(jìn)行邏輯加工得出結(jié)論等階段；實驗的每個階段都跟理論緊密交織著，都要用已有的理論來指導(dǎo)；科學(xué)儀器能幫助人們克服感覺器官的局限，使感性認(rèn)識更加客觀、精細(xì)、準(zhǔn)確，因而科學(xué)儀器的設(shè)計，使用對實驗的成功起重要（有時甚至是決定性的）作用。
在學(xué)校里，為了確定一條物理規(guī)律，通常只提出一個實驗，因而能可能使學(xué)生誤認(rèn)為一個實驗就可以發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律。應(yīng)該向?qū)W生指出：任何一位實驗科學(xué)家，在得出他后的科學(xué)結(jié)論之前，都是采用過多種方法，做過幾十次、幾百次的實驗，處理過浩繁的觀測資料，經(jīng)受過多次的失敗和挫折；任何一項實驗發(fā)現(xiàn)在得到公認(rèn)之前，至少要為另一位研究者所重復(fù)證實；而事實常常是一個題目同時有許多在獨立研究，相繼得到同樣結(jié)論，或是一項實驗發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表，立即有許多人重復(fù)這個實驗加以檢驗。結(jié)合物理學(xué)的具體事例講清這些問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生不畏險阻的攻關(guān)精神，懂得任何科學(xué)成就都是許多人辛勤勞動的共同結(jié)晶。
教師的演示實驗和介紹一些實驗，還只能使學(xué)生對實驗方法有所了解，而要使學(xué)生真正掌握一些，必須也只能靠他們自己去實踐。目前國外盛行一種叫做“發(fā)現(xiàn)法”的教學(xué)方法，讓學(xué)生親自實驗、觀察、經(jīng)過自己的感知和思索形成概念，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在英國的一套中學(xué)課本《Exploryng Physics》（中譯本叫《探索物理知識》第一冊里，“液體壓強”一節(jié)，隨即提出問題：“液體在其它各個方向上是否也有壓強呢？”然后讓學(xué)生依次做三個實驗：
（1）用釘子在白鐵罐側(cè)壁靠近底部同一個高度的不同地方打三、四個孔，灌滿水后觀察會怎樣從這些孔中噴出；（2）將其它小孔封住只留一個，再在罐的側(cè)壁靠近頂部和中部的地方各打一個小孔（盡量使小孔的孔徑相同），觀察水怎樣從這三個噴出，并且收集在同一時間內(nèi)從每個孔噴出的水量；（3）將白鐵罐砸成歪歪扭扭的開狀，再觀察水怎樣從孔中噴出，實驗后，讓學(xué)生就這樣兩個問題得出結(jié)論；（1）液體在哪些方向上產(chǎn)生壓強？（2）液體的深度對壓強大小有什么影響？
后讓學(xué)生解釋兩個現(xiàn)象：（1）水壩的底部為什么比頂部厚？（2）潛水艇、潛水員以及普通的魚潛水為什么不能超過一定的深度。對于“發(fā)現(xiàn)法”我了解很少，從看到的材料來推測，培養(yǎng)出來的學(xué)生會掌握一些實驗研究方法，獨立獲取知識的能力會相當(dāng)強；很值得深入了解，并且在有條件的學(xué)?；虬嗉壷羞M(jìn)行試驗。
我們課本中的學(xué)生實驗，現(xiàn)在還是按傳統(tǒng)的教學(xué)方法來安排的，探索性的很少，多數(shù)是驗證性的，內(nèi)容都比較簡單，數(shù)目也不多，初高中總共52個。在實驗訓(xùn)練上不大可能達(dá)到“發(fā)現(xiàn)法”所達(dá)到的水平。但是讓學(xué)生達(dá)到大綱要求掌握的技能和實驗修養(yǎng)——會使用基本儀器、會記錄、整理數(shù)據(jù)，會得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，還是辦得到的。例如，初中要求學(xué)生會正確使用安培表，初中物理課本就安排了四個要用安培表的實驗。課文里講了安培表的使用方法，習(xí)題里編排了在實物圖上練習(xí)接安培表和讀數(shù)的題目，如果再實驗使用四次，學(xué)生是能基本掌握安培表正確用法的，印象也會比較深。初中要求學(xué)生掌握連結(jié)電路的技能，初中課本就在電學(xué)第一個實驗讓學(xué)生按照實物路圖接線，畫出電路圖，第二、三、四、五個實驗讓學(xué)生按照電路圖接線，到第六個學(xué)生實驗則只提出測量要求，讓學(xué)生根據(jù)要求去設(shè)計電路，這樣由易而難，循序慚進(jìn)，學(xué)生是能學(xué)會連接簡單電路的。在記錄處理數(shù)據(jù)，寫簡單的實驗報告等方面，課文中也是逐步提高難度的。因此，為了讓學(xué)生切實掌握一些實驗技能，加強實驗修養(yǎng)，希望不要對為數(shù)不多的學(xué)生實驗再刪減合并了，認(rèn)為課文中的實驗不合適或是缺乏設(shè)備作不了，可以用其它實驗來代替。
在科學(xué)研究中，實驗的每一步都離不開理論的指導(dǎo)（雖然從總體來看，實驗是理論的基礎(chǔ)），在中學(xué)的學(xué)生實驗中也應(yīng)該注意引導(dǎo)學(xué)生手腦并用，把實驗跟理論緊密結(jié)合起來。這不只要求學(xué)生明確實驗?zāi)康暮徒Y(jié)果跟所學(xué)理論的關(guān)系，懂得實驗設(shè)計所論據(jù)的物理原理，而且實驗過程中的每一項操作都應(yīng)該聯(lián)系已有知識考慮應(yīng)該怎樣作，而不是不動腦子機械地照書上寫的去做，或者盲目地去試。對于高年級學(xué)生還可以引導(dǎo)他們運用已有的知識分析考慮誤差的來源和減小辦法。為了防止學(xué)生只動后不動腦，課本從初中第一冊后半本起，學(xué)生實驗中學(xué)再具體列出實驗步驟1、2、3……而把實驗?zāi)康摹⒃?、器材、步驟綜合起來敘述。希望教學(xué)中要求學(xué)生預(yù)習(xí)，自己安排實驗步驟。
“實驗”是人們根據(jù)研究的目的，利用儀器、設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究自然規(guī)律。 “實驗”在物理學(xué)的發(fā)展和物理教學(xué)中的基礎(chǔ)作用，無需贅述。
中學(xué)物理中的實驗，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為演示實驗和學(xué)生實驗，定性實驗和定量實驗，探索性實驗和驗證性實驗。
目前我國中學(xué)物理教學(xué)中，數(shù)量多的是由教師演示的探索性實驗。從培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗方法的角度來看，教師的演示起著示范作用。時刻意識到這一點，在安裝調(diào)整儀器設(shè)備，進(jìn)行實驗操作，觀測、記錄、處理數(shù)據(jù)，分析、概括得出結(jié)論，即在整個演示過程的每一步，都嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，必然會產(chǎn)生深刻的教育作用。
中學(xué)能做的探索性實驗，涉及的參數(shù)都不多，實驗時一般是依次改變其中之一來考查它的影響，后概括出反映各參數(shù)關(guān)系的規(guī)律。演示時學(xué)生了解這樣的考查步驟，在觀察中他們的思維便會處于更積極的狀態(tài)，同時也懂得這種用實驗來研究問題的方法。
物理學(xué)不少的實驗，如庫侖扭稱實驗、盧瑟福-粒子散射實驗、查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗等，限于設(shè)備，目前一般中學(xué)不能演示，但在課本里還是寫上了。課本這樣做，除了考慮到它們是重要規(guī)律，理論基礎(chǔ)，并且有助于發(fā)展思維，還考慮到可以使學(xué)生從這些具體實例中領(lǐng)會物理實驗的一般方法。例如，每個實驗都包括提出實驗任務(wù)，確定實驗方法并研究如何實現(xiàn)，對得到的實驗資料進(jìn)行邏輯加工得出結(jié)論等階段；實驗的每個階段都跟理論緊密交織著，都要用已有的理論來指導(dǎo)；科學(xué)儀器能幫助人們克服感覺器官的局限，使感性認(rèn)識更加客觀、精細(xì)、準(zhǔn)確，因而科學(xué)儀器的設(shè)計，使用對實驗的成功起重要（有時甚至是決定性的）作用。
在學(xué)校里，為了確定一條物理規(guī)律，通常只提出一個實驗，因而能可能使學(xué)生誤認(rèn)為一個實驗就可以發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律。應(yīng)該向?qū)W生指出：任何一位實驗科學(xué)家，在得出他后的科學(xué)結(jié)論之前，都是采用過多種方法，做過幾十次、幾百次的實驗，處理過浩繁的觀測資料，經(jīng)受過多次的失敗和挫折；任何一項實驗發(fā)現(xiàn)在得到公認(rèn)之前，至少要為另一位研究者所重復(fù)證實；而事實常常是一個題目同時有許多在獨立研究，相繼得到同樣結(jié)論，或是一項實驗發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表，立即有許多人重復(fù)這個實驗加以檢驗。結(jié)合物理學(xué)的具體事例講清這些問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生不畏險阻的攻關(guān)精神，懂得任何科學(xué)成就都是許多人辛勤勞動的共同結(jié)晶。
教師的演示實驗和介紹一些實驗，還只能使學(xué)生對實驗方法有所了解，而要使學(xué)生真正掌握一些，必須也只能靠他們自己去實踐。目前國外盛行一種叫做“發(fā)現(xiàn)法”的教學(xué)方法，讓學(xué)生親自實驗、觀察、經(jīng)過自己的感知和思索形成概念，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在英國的一套中學(xué)課本《Exploryng Physics》（中譯本叫《探索物理知識》第一冊里，“液體壓強”一節(jié)，隨即提出問題：“液體在其它各個方向上是否也有壓強呢？”然后讓學(xué)生依次做三個實驗：
（1）用釘子在白鐵罐側(cè)壁靠近底部同一個高度的不同地方打三、四個孔，灌滿水后觀察會怎樣從這些孔中噴出；（2）將其它小孔封住只留一個，再在罐的側(cè)壁靠近頂部和中部的地方各打一個小孔（盡量使小孔的孔徑相同），觀察水怎樣從這三個噴出，并且收集在同一時間內(nèi)從每個孔噴出的水量；（3）將白鐵罐砸成歪歪扭扭的開狀，再觀察水怎樣從孔中噴出，實驗后，讓學(xué)生就這樣兩個問題得出結(jié)論；（1）液體在哪些方向上產(chǎn)生壓強？（2）液體的深度對壓強大小有什么影響？
后讓學(xué)生解釋兩個現(xiàn)象：（1）水壩的底部為什么比頂部厚？（2）潛水艇、潛水員以及普通的魚潛水為什么不能超過一定的深度。對于“發(fā)現(xiàn)法”我了解很少，從看到的材料來推測，培養(yǎng)出來的學(xué)生會掌握一些實驗研究方法，獨立獲取知識的能力會相當(dāng)強；很值得深入了解，并且在有條件的學(xué)?；虬嗉壷羞M(jìn)行試驗。
我們課本中的學(xué)生實驗，現(xiàn)在還是按傳統(tǒng)的教學(xué)方法來安排的，探索性的很少，多數(shù)是驗證性的，內(nèi)容都比較簡單，數(shù)目也不多，初高中總共52個。在實驗訓(xùn)練上不大可能達(dá)到“發(fā)現(xiàn)法”所達(dá)到的水平。但是讓學(xué)生達(dá)到大綱要求掌握的技能和實驗修養(yǎng)——會使用基本儀器、會記錄、整理數(shù)據(jù)，會得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，還是辦得到的。例如，初中要求學(xué)生會正確使用安培表，初中物理課本就安排了四個要用安培表的實驗。課文里講了安培表的使用方法，習(xí)題里編排了在實物圖上練習(xí)接安培表和讀數(shù)的題目，如果再實驗使用四次，學(xué)生是能基本掌握安培表正確用法的，印象也會比較深。初中要求學(xué)生掌握連結(jié)電路的技能，初中課本就在電學(xué)第一個實驗讓學(xué)生按照實物路圖接線，畫出電路圖，第二、三、四、五個實驗讓學(xué)生按照電路圖接線，到第六個學(xué)生實驗則只提出測量要求，讓學(xué)生根據(jù)要求去設(shè)計電路，這樣由易而難，循序慚進(jìn)，學(xué)生是能學(xué)會連接簡單電路的。在記錄處理數(shù)據(jù)，寫簡單的實驗報告等方面，課文中也是逐步提高難度的。因此，為了讓學(xué)生切實掌握一些實驗技能，加強實驗修養(yǎng)，希望不要對為數(shù)不多的學(xué)生實驗再刪減合并了，認(rèn)為課文中的實驗不合適或是缺乏設(shè)備作不了，可以用其它實驗來代替。
在科學(xué)研究中，實驗的每一步都離不開理論的指導(dǎo)（雖然從總體來看，實驗是理論的基礎(chǔ)），在中學(xué)的學(xué)生實驗中也應(yīng)該注意引導(dǎo)學(xué)生手腦并用，把實驗跟理論緊密結(jié)合起來。這不只要求學(xué)生明確實驗?zāi)康暮徒Y(jié)果跟所學(xué)理論的關(guān)系，懂得實驗設(shè)計所論據(jù)的物理原理，而且實驗過程中的每一項操作都應(yīng)該聯(lián)系已有知識考慮應(yīng)該怎樣作，而不是不動腦子機械地照書上寫的去做，或者盲目地去試。對于高年級學(xué)生還可以引導(dǎo)他們運用已有的知識分析考慮誤差的來源和減小辦法。為了防止學(xué)生只動后不動腦，課本從初中第一冊后半本起，學(xué)生實驗中學(xué)再具體列出實驗步驟1、2、3……而把實驗?zāi)康摹⒃?、器材、步驟綜合起來敘述。希望教學(xué)中要求學(xué)生預(yù)習(xí)，自己安排實驗步驟。