中学物理实验技能培养方法探讨_误差分析论文

中学物理实验技能培养方法探讨_误差分析论文

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物理学是一门以实验为基础的科学,所有的物理知识,包括概念、规律、定理、定律等,都是在实验的基础上建立起来的。因此,培养学生的实验技能,了解物理学的研究方法,培养严格的实事求是的科学态度,对学生今后搞科学实验和技术革新都起着重要的基础作用。那么,怎样培养学生的实验技能呢?下面笔者谈谈自己的拙见,与各位同仁共酌。

一、培养学生使用基本仪器的技能

掌握基本仪器尤其是测量仪器的使用,是做好物理实验的基础。中学物理实验的基本测量仪器主要有:刻度尺、量筒、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、天平、温度计、测力计、压强计、打点计时器、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、万用表等。物理大纲要求“学会正确使用仪器进行观察、测量和读数。”要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程,使用方法和使用规则。因此,在介绍这些基本仪器使用方法时,应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导。

(1)各种基本测量仪器都有一定的量程,必须要求学生在使用各种基本仪器前,搞清仪器的量程,并且能估计被测对象的情况,选用适当量程,避免超过量程而可能损坏仪器。

(2)使用测量仪器前通常都要调节零点或校正零点,否则测出的数据不准确。如对安培表、伏特表等应学会调整零点;对游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺之类的仪器,还要学会零误差校正,让学生懂得零点是相对的,零误差的校正在生产上有普遍意义。因此,必须使学生养成使用基本测量仪器前调节零点或校正零误差的习惯。

(3)会正确读数。要让学生掌握读数的一般方法,关键是会读出仪器的最小刻度值,会从最小刻度之间估计出一位有效数字。同时,要学会正确读数的姿势。如从量筒上读数时,眼睛视线应与液面保持相平,不能仰视或俯视,若是凹液面读凹处,凸液面读凸处。又如从安培表、伏特表读数时,视线应与刻度盘垂直,并且正对指针,估计读数采取四舍五入等。

(4)根据仪器的构造原理,掌握它的使用方法和使用规则。如:天平是根据杆杠的平衡原理制成的,因此,使用前和称量时都要做到横梁平衡,同时必须严格保护刀口,要让学生理解保护刀口的重要性,从而自觉遵守使用方法和规则;温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的,所以,根据热平衡原理,测量液体时,温度计不能离开液体,而且要在温度计内液柱稳定时读数。显然,培养学生使用基本仪器的技能,必须要注意把掌握仪器的使用方法与理解仪器原理结合起来,这样既有利于巩固基础知识,又能帮助学生理解为什么这样使用仪器,只有理解了仪器原理,使用起来才会更加自觉和主动。

二、培养学生掌握实验的技能

1.培养学生掌握实验的一般原理,进行实验设计和选择实验方法的技能

首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据,根据实验的原理进行实验设计,包括用什么物理定律、公式,电学实验用什么电路图等。还要搞清哪些是已知量、被测量,然后选择所需的仪器和实验条件,进而设计好实验步骤,画好记录表格等。

其次,培养学生正确安装和调整仪器,包括正确连接电路的技能。如:力学实验中的支架滑轮的安装,牵引线的走向,斜面的架设等。有时要对一些仪器做机械调整或电气调整,如使用气垫导轨前必须先调水平位置;在电学实验中,依照电路图连接线路,连线时,应将电路分为主回路和支路。从电源一端开始沿主回路按顺序进行,其次为支路,主回路中必须有开关(先断开),导线最好选用几种颜色,主、支回路分别用一种颜色。往接线柱上接导线时,导线应顺时针而绕。电路连接后,必须复查,确认正确后方能通电。这种技能的培养,从初中开始应先有示范,让学生模仿学习,然后逐步提高到由老师讲述方法及注意事项,由学生独立去安装、调整。

2.培养学生正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确结论的能力

这是实验能否成功的关键之一。要培养学生这方面的技能,要求学生实验时集中精力,要把握时机,按实验先后顺序将需要测定的各量测出,并记录下来。读取数据和记录必须注意:①读数时要及时,并马上记录;②要记录完整数据,按有效数字的方式记录;③数据的单位要正确。一般要求学生实验前列出表格。表格设计要求:能记录直接测出的各物理量,能填写计算出来的中间数据和最后数据等内容。

进行数据处理、运算,对实验结论进行分析。在整理数据时,如发现有不合理的数据,应对该数据补测。要指导学生根据实验数据对实验结果进行适当分析讨论,如,讨论:数据说明什么?与理论计算有何偏差?实验过程为何这样设计?实验结果的物理意义(结论)是什么?对一些成绩优良的学生,还可让他们对实验进行再设计,对实验能力强的学生,许多深一层次的问题都可以在这里分析研究,从而加强了对学生思维能力的培养,有效地巩固知识,技能更加熟练。

3.要使学生了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析

实验后,要指导学生分析产生实验误差的原因,明白实验误差主要有系统误差和偶然误差。系统误差主要是由于仪器本身的缺陷,实验原理、装置不完善而引起的。如:螺旋测微器零点不准;风的吹动使天平产生误差;电表指针不对准零刻度等。减少系统误差的方法是校准仪器,或是改进实验方法。改进实验的方法,可改变仪器的位置或仪器的布置,撤换某件仪器,改变所选取的某个参数,改变实验方法乃至改换实验操作人员等。例如将物体放在天平左、右盘上,分别称量,可以发现天平不等臂引入的误差。

偶然误差是在实验条件不变的情况下,对某一物理量进行多次重复测量时,由于各种偶然因素产生的误差。减少偶然误差的办法是多次重复测量取算术平均值,以其平均值为最终的结果。测量次数取多少,要根据偶然误差对被测量值影响的大小来确定。如:测量值的有效数值较小时或测量值变动较大时等,应多测量几次。

总之,要培养学生这方面的技能,必须让学生懂得减少误差首先要发现它的存在和来源,其次是确定减少误差的方法。

增加测量次数固然可提高平均值的可靠程度,但是作用是有限的,实际上,只有改进实验方法和仪器,才能从根本上改善测量的结果,提高测量精确度。

4.会写一般的实验报告

学生在实验结束后,应根据原始记录和实验时的体会,写出实验报告。实验报告内容应包括实验名称、目的、器材、原理、方法和步骤、实验数据、数据计算和处理、实验结论及误差分析等。这是一个很重要的技能,要严格要求。书写时,要求层次清楚,语言流畅,文字精练、正确,图文并茂,要总结出实验成功的经验或实验失败的原因,使学生将来进行科学实验时能写出自己的实践成果,并能让别人看得懂。

5.养成良好的实验习惯,包括爱护仪器,遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等

如做电学实验结束时,应将仪器调到最安全的状态再切断电源,然后拆除连接线,整理好仪器和导线。要经常地对学生进行良好实验习惯的教育,以免损坏仪器及发生实验事故等。

总之,学生实验技能的培养并不是一蹴而就的事,它需要通过师生共同努力,长期实践,才能真正掌握这些实验方法。

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