唐松

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，是檢驗(yàn)物理學(xué)理論是否正確的唯一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是探究物理規(guī)律的重要方法。本文從物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的抽象概括能力、歸納演繹能力和綜合分析能力這三個(gè)方面對(duì)物理思維的培養(yǎng)分別做了初步的探討。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；物理思維

中圖分類號(hào)： G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1992-7711（2018）02-025-2

所謂物理實(shí)驗(yàn)，是指運(yùn)用儀器、設(shè)備、使物理現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，從而有目的的進(jìn)行觀測(cè)研究的一種方法。在物理教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的目的就在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)造一個(gè)基本環(huán)境，使學(xué)生主動(dòng)獲取物理知識(shí)，形成科學(xué)的思維方式，提高解決問(wèn)題的能力。

高中階段學(xué)生普遍感覺(jué)物理難學(xué)，其中主要的原因有兩方面：一是對(duì)物理概念，物理規(guī)律本身的理解問(wèn)題；另一方面則是物理思維方面有所欠缺。物理思維能力主要包括抽象概括能力、歸納演繹能力和分析綜合能力，中學(xué)生的生理和心理發(fā)展等因素決定了他們對(duì)物理知識(shí)的理解，思維能力還處于初級(jí)水平，而物理實(shí)驗(yàn)則可以從這三個(gè)方面有效培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。

一、物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生抽象概括能力的培養(yǎng)

1.物理實(shí)驗(yàn)提供符合認(rèn)識(shí)規(guī)律的環(huán)境

一般來(lái)說(shuō)，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中，物理概念的形成和對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)，首先必須要有一定的感性認(rèn)識(shí)，這種感性認(rèn)識(shí)一方面來(lái)源于他們的生活環(huán)境，另一方面則來(lái)源于物理實(shí)驗(yàn)提供的物理事實(shí)，但通常生活中所觀察的物理現(xiàn)象往往是力、熱、電、光等現(xiàn)象交織在一起，本質(zhì)和非本質(zhì)的因素交融在一起，因此通過(guò)這種途徑來(lái)使學(xué)生建立物理概念存在較大的困難甚至是錯(cuò)誤的。例如，日常生活中常會(huì)見(jiàn)到較重的物體下落的比較快，學(xué)生結(jié)合自身的生活經(jīng)驗(yàn)會(huì)得出這樣的結(jié)論：質(zhì)量大的物體先落地，這種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)正是忽略了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的空氣阻力的作用，而運(yùn)用實(shí)驗(yàn)可以忽略空氣在物體運(yùn)動(dòng)中的影響，正是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┚倪x擇的、簡(jiǎn)化和純化的素材，所以它能夠使學(xué)生對(duì)物理事實(shí)獲得明確、具體的認(rèn)識(shí)。再如介紹大氣壓時(shí)，學(xué)生很難感受到大氣壓的存在，而通過(guò)馬德堡半球模擬實(shí)驗(yàn)，大氣壓存在的物理事實(shí)展現(xiàn)在學(xué)生面前，他們對(duì)大氣壓的概念理解就比較容易和接受了。

2.物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力的重要手段

在物理學(xué)中，抽象思維、概括能力具有十分重要的作用，它不僅是建立物理概念、獲得物理規(guī)律、解決物理問(wèn)題的重要思維方式，而且也是學(xué)好物理知識(shí)，培養(yǎng)各種能力的重要手段和必要條件。

例如電阻這一概念，學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中直接取得幾組數(shù)據(jù)，如何對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，抽象，概括，形成電阻這一概念呢？首先研究一組數(shù)據(jù)，得出：對(duì)同一導(dǎo)體，加在它兩端的電壓和通過(guò)它的電流之比，是一個(gè)與電壓、電流無(wú)關(guān)的恒量R，然后再對(duì)照其它幾組數(shù)據(jù)可以得出同樣的結(jié)論，于是可以初步概括如下：每個(gè)金屬導(dǎo)體本身都存在一個(gè)恒量R，不同的導(dǎo)體具有不同的R值。這時(shí)，可以啟發(fā)學(xué)生類比，同種物質(zhì)它的質(zhì)量和體積的比也是一個(gè)定值，不同物質(zhì)的這個(gè)恒量也不同，這個(gè)恒量表征了物質(zhì)的一種特性——密度。再讓學(xué)生悟出這個(gè)不同恒量R也一定表征著導(dǎo)體的某種固有特性，接著引導(dǎo)學(xué)生對(duì)幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以概括出：在相同電壓下，恒量R大的電流小，恒量R小的電流大，因此R的大小反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，于是引出電阻這一概念。

二、物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的歸納和演繹能力

歸納要求先擺事實(shí)，后求結(jié)論，這是從個(gè)別到一般，尋求普遍事物一般規(guī)律和特征的認(rèn)識(shí)方法。演繹是先假說(shuō)，后求證，這是從一般到個(gè)別，推論和判斷個(gè)別事例的認(rèn)識(shí)方法。

物理中的歸納演繹能力就是要求能夠從已知推導(dǎo)未知，通過(guò)大量的物理事實(shí)經(jīng)過(guò)推理總結(jié)規(guī)律，或者先提出猜想和假設(shè)，再由物理實(shí)驗(yàn)證實(shí)是否正確，這是培養(yǎng)物理思維能力的重要方面。

例如，在“電阻定律”的探究實(shí)驗(yàn)中，首先利用前面所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)邏輯推理來(lái)探究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度，橫截面積的關(guān)系，形成猜想和假設(shè)。

1.長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電阻為R的導(dǎo)體，可以看成由n段長(zhǎng)度同為L(zhǎng)1，電阻為R1的導(dǎo)體串聯(lián)而成，這n段導(dǎo)體材料、橫截面積都先同，總長(zhǎng)度L=nL1，另一方面，根據(jù)串聯(lián)電路的性質(zhì)可知：R=nR1，由此可知： R R1 = L L1 ，即在橫截面積，材料相同的條件下，導(dǎo)體的電阻與長(zhǎng)度成正比。

2.有n條電阻絲，它們長(zhǎng)度，材料、橫截面積相同。橫截面積為S1，電阻同為R1，把它們束在一起，組成一根橫截面積為S，電阻為R的導(dǎo)體，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)：R= R1 n ，又因?yàn)镾=nS1，由此可知： R R1 = S1 S ，即在長(zhǎng)度，材料相同的條件下，導(dǎo)體的電阻和橫截面積成反比。

其次根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)：R與L，S的定量關(guān)系，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而形成規(guī)律：電阻定律。

再如萬(wàn)有引力的推導(dǎo)，就是從一般到特殊，再由特殊到一般，這就是演繹和推理。首先利用學(xué)生已知的事實(shí)，即向心力公式F=mω2r，開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律r3=kT2，以及牛頓第三定律F=F′，推導(dǎo)出太陽(yáng)和行星之間的引力規(guī)律即F=G m1m2 r2 ，其次假設(shè)地球與月球之間的引力及地球與地面上的物體之間引力是本質(zhì)一樣的力，同樣遵循平方反比的規(guī)律，由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，所以月球軌道上一個(gè)物體受到的引力，比它在地面附近受到得引力要小，只有后者的 1 602 。根據(jù)牛頓第二定律，物體在月球軌道上的加速度（向心加速度）也應(yīng)該為它在地面附近加速度（自由落體的加速度）的 1 602 ，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了太陽(yáng)與行星之間、地球與月球之間，地球與地面上的物體之間的引力遵循同樣的一個(gè)規(guī)律，最后在將推論推廣到所有物體之間都存在著這種引力，這種根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)演繹和推理而獲得的新知識(shí)是培養(yǎng)思維能力的重要方法和途徑。

三、物理實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力

物理概念、定律和定理不是一個(gè)一個(gè)孤立的，及時(shí)總結(jié)整理所學(xué)知識(shí)、掌握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系使自己頭腦中的知識(shí)成為有體系的知識(shí)，從整體上把握知識(shí)，綜合運(yùn)用知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，這也是培養(yǎng)物理思維能力的主要目的。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)“伏安法測(cè)電阻”就是用電壓表測(cè)出電阻兩端的電壓U，用電流表測(cè)出通過(guò)電阻的電流I，再根據(jù)歐姆定律R= U I 求出電阻。實(shí)際測(cè)量中所用電表并非理想電表，電壓表的內(nèi)阻并非趨近于無(wú)窮大、電流表也有內(nèi)阻，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的電阻值與真實(shí)值不同，存在誤差，這就要求綜合運(yùn)用已有知識(shí)去分析電流表內(nèi)接和外接這兩種電路的誤差并選用合適的電路進(jìn)行測(cè)量。

由此可見(jiàn)，在學(xué)生學(xué)習(xí)物理的整個(gè)過(guò)程中，體現(xiàn)了從抽象概括形成物理概念，然后通過(guò)歸納演繹建立物理規(guī)律，最后通過(guò)分析、綜合、比較去解決物理問(wèn)題這樣一個(gè)過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行椭鷮W(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)設(shè)環(huán)境，使學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，發(fā)展物理思維，提高解決問(wèn)題的能力，在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中起到了舉足輕重，同時(shí)也是不可替代的作用。endprint