谈物理教学中的实验设计

翟卫华

实验是物理学的基础，是培养学生观察、动手、思维能力的重要手段，是完成教学活动必不可少的环节.因此实验在中学物理教学中占有极其重要的地位.实验能否顺利进行，能否得出正确的结果，科学合理的实验设计是不可缺少的.实验设计得好与差能很好地反映出一个人的实验能力，各类考试也非常重视实验设计这种题形.因此，笔者认为通过让学生掌握科学探究中的实验设计的基本方法、基本思路、基本原则来提高他们的实验设计能力是非常必要的.

一、实验设计的基本方法

1．比较法．所谓比较法，就是将一些科学现象或科学量放在一起进行对照、比较，从而达到异中求同、同中求异的一种方法.例如，研究物体的沉浮条件时，用重力相同的压扁的与中空的牙膏皮作比较；斜面省力实验中，用不同倾角的斜面对比，斜面与竖直面对比等.

2．积累法．实验中有时需要测量一些微小量，由于量值太小，以致无法被实验者或仪器直接感觉或反映，此时可将被测量进行积累，然后进行测量.例如用刻度尺测量一张纸的厚度，由于一张纸的厚度无法用刻度尺直接测出，但是我们能用刻度尺直接测出100张纸的厚度，从而求出一张纸的厚度，这就是一种积累放大法.类似的，用天平测一枚大头针的质量，用秒表测出每次心跳的时间等都要用到积累法.

3．转化法．科学测量中常需测量一些不能直接测量和测不准的量，这时，可以把不可直接测量的量转化为能够直接测量的量，把测不准的量转化为测得准的量，进而求出待测量，这就是转化法.例如，密度这个量无法直接测量，我们可以先求出物质的质量和体积，再求出物质的密度；旗杆的高度不易直接测量，我们可以先求出它的影子的长度，再通过相似三角形对应边成比例的性质求出旗杆的长度.

4．着色法．所谓着色法，指的是将无法形象、直观地显示出的科学过程和现象通过一定的手段能使之形象、直观地显示出来的方法.例如我们把红墨水滴入静止的热水和冷水中，观察分子扩散与温度的关系；把高锰酸钾放入正在加热的水中，观察水的对流情况等.

5．控制变量法．为了弄清事物变化的原因和规律，当研究多个因素之间的关系时，往往先控制其他几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，这种方法叫控制变量法.例如，在探究影响蒸发快慢的因素时，若研究温度的影响，就要把液体表面积的大小、液体表面上空气流动的快慢控制相同，只改变温度的高低，观察液体蒸发的快慢，从而得出结论.

二、实验设计的基本原则

实验设计有许多原则，下面这些原则是最基本的原则，任何实验设计都必须考虑的.

1．科学性原则．整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离基本科学知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则.科学性是设计实验成功的前提.

2．可行性原则．在设计科学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都要切实可行.

3．简便性原则．在实验设计时，实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验操作过程比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短.

4．安全性原则．在实验过程中不会对实验设备器材产生损坏，对人生安全产生危害，对环境产生污染.

5．经济性原则．实验设备、实验原料、消耗的能源花费少，人力时间短.必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值，这个比值越大越经济.

6．重复性原则．在同样的条件下重复做同样的实验，观察实验结果是相同的.任何实验都必须要有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性.如果设计的实验只能进行一次，而无法重复，那么这样的出的结论是不可靠的.