高中物理理想实验教学的几点思考

黄俊鑫

【摘 要】理想实验与实物实验相比区别在哪里？两者主要在操作方法上的区别，理想实验更注重物理思维的科学性与合理性，而且其对教学实践的视角进行了探讨。

【关键词】高中物理；理想实验；实践

“理想实验”亦称作思想实验或假想实验，它是研究者发挥想象力，在最理想或极端的条件下，采用想象中最理想的器材，通过最理想化的实验操作来完成的。在高中物理教材中有理想实验的存在，这部分内容如何教学呢？笔者认为应该关注到高中理想实验的操作方法和其中包含的物理思维，本文就该话题谈几点笔者的思考。

一、高中物理教学中理想实验的操作方法

理想实验的开展要进行观念性操作或思维操作，这些是已有认知与理想情境交互作用的过程，是新观点生成、新關系发现的关键。在高中物理教学中，引导学生认识理想实验的思维操作方法，有助于他们深化理解、提升技能，进行主动而有效地运用理想实验来思考和研究物理问题。

1.外推

所谓“外推”，就是将一定物理情境（或实验情境）中的某些物理量不断增大，由此造成事物性质的改变，然后再通过已有的经验基础和逻辑推理进行把握，相关结论即可得到确认。比如当学生研究出汽车通过半径为r的拱形桥的情境中，汽车不脱离桥面的临界速度为v=，教师即可引导学生以外推的方式来进行理想实验：使拱桥的半径不断增大，直到等于地球的半径R，可发现让物体脱离地面，围绕地球进行匀速圆周运动的速度为v=，代入相关数据即可计算第一宇宙速度，我们还能据此来分析航天器中的失重现象。

2.内延

所谓“内延”，就是将一定物理情境（或实验情境）中的某些物理量不断减小，直到减小至0，从而让事物处在极为简单而纯粹的状态之中，让原先被重重因素和关系所掩盖的性质暴露出来。比如伽利略的“理想斜面实验”，即设想斜面粗糙程度不断降低，直至斜面绝对光滑，则小球可以到达对接斜面上的等高位置；再假设对接斜面的倾角越来越小，直至水平，则小球将在水平面上永恒运动下去。

3.叠加

所谓“叠加”，就是先对研究对象进行复制，然后将其与原对象进行一次或多次地串联粘贴或并联粘贴，并结合已有认知，推断出复合体的基本规律，进而揭示物理量之间的关系。比如安培力的计算公式F=BIL，在中学阶段很难实现精确地实验探究，教学可以在定性实验的基础上展开，引导学生进行理想实验：长度为L，且通有电流I的导线垂直放于匀强磁场B中，设其所受安培力为F。对其复制并进行串联粘贴，则一次粘贴后，电流为I、长度为2L、安培力为2F；二次粘贴后，电流为I、长度为3L、安培力为3F；（n-1）次粘贴后，电流为I、长度为nL、安培力为nF，有结论F∝L：。对其复制并进行并联粘贴，则一次粘贴后，电流为2I、长度为L、安培力为2F；二次粘贴后，电流为3I、长度为L、安培力为3F；（n-1）次粘贴后，电流为nI、长度为L、安培力为nF，有结论：F∝I，综合可得F∝IL。

4.关联

5.等效

二、利用理想实验，培养科学探究能力

物理教师要采用多样化的教学方式，发展学生物理认知，培养科学探究能力，理想实验在这一方面有着非常重要的作用。在高中物理的探究式教学过程中，教师可以指导学生从科学事实与已有经验出发，通过理想实验来形成有关物理现象或运动规律的假说，然后或指出该假说得到了大量实例的证实，或是设计实验来直接或间接地证明假说。

例如选修3-1“闭合电路的欧姆定律”一节，我们指导学生对电源两端的电压和流过电源的电流进行测定，描绘出U-I图象，在此基础上启发学生通过外推操作来构建理想实验：将图象向两侧延长，与横轴和纵轴相交，且得到函数关系式U=a-bI，然后探索其物理意义，将a定义为电源电动势，将b定义为电源的内阻，将bI定义为电源的内电压，形成假说——“闭合电路的内外电压之和等于电源的电动势”，然后再进一步设计实验对其进行验证。

综上所述，物理教师要充分发掘教学内容中的理想实验，并将运用于教学实践，这对学生物理规律的理解、思维能力的培养、科学素养的提升大有帮助。让学生全方位地经历理想实验的构建过程，能帮助学生充分体验科学探究，让他们对物理科研方法产生深刻的认识，并由此发展其创新意识和创造能力，为他们的终身发展奠定基础。

【参考文献】

[1]马书民，吴兴龙.物理学史上的著名理想实验[J].物理通报，2013（1）：116

[2]侯新杰.思想实验及其在物理学中的应用[J].河南师范大学学报（自然科学版），1996（2）：23-25

[3]张明声.利用理想实验的教学培养学生的科学思维[J].物理教师，2010（7）：9endprint