翟衛(wèi)華

實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生觀察、動手、思維能力的重要手段，是完成教學(xué)活動必不可少的環(huán)節(jié).因此實驗在中學(xué)物理教學(xué)中占有極其重要的地位.實驗?zāi)芊耥樌M行，能否得出正確的結(jié)果，科學(xué)合理的實驗設(shè)計是不可缺少的.實驗設(shè)計得好與差能很好地反映出一個人的實驗?zāi)芰?，各類考試也非常重視實驗設(shè)計這種題形.因此，筆者認(rèn)為通過讓學(xué)生掌握科學(xué)探究中的實驗設(shè)計的基本方法、基本思路、基本原則來提高他們的實驗設(shè)計能力是非常必要的.

一、實驗設(shè)計的基本方法

1．比較法．所謂比較法，就是將一些科學(xué)現(xiàn)象或科學(xué)量放在一起進行對照、比較，從而達到異中求同、同中求異的一種方法.例如，研究物體的沉浮條件時，用重力相同的壓扁的與中空的牙膏皮作比較；斜面省力實驗中，用不同傾角的斜面對比，斜面與豎直面對比等.

2．積累法．實驗中有時需要測量一些微小量，由于量值太小，以致無法被實驗者或儀器直接感覺或反映，此時可將被測量進行積累，然后進行測量.例如用刻度尺測量一張紙的厚度，由于一張紙的厚度無法用刻度尺直接測出，但是我們能用刻度尺直接測出100張紙的厚度，從而求出一張紙的厚度，這就是一種積累放大法.類似的，用天平測一枚大頭針的質(zhì)量，用秒表測出每次心跳的時間等都要用到積累法.

3．轉(zhuǎn)化法．科學(xué)測量中常需測量一些不能直接測量和測不準(zhǔn)的量，這時，可以把不可直接測量的量轉(zhuǎn)化為能夠直接測量的量，把測不準(zhǔn)的量轉(zhuǎn)化為測得準(zhǔn)的量，進而求出待測量，這就是轉(zhuǎn)化法.例如，密度這個量無法直接測量，我們可以先求出物質(zhì)的質(zhì)量和體積，再求出物質(zhì)的密度；旗桿的高度不易直接測量，我們可以先求出它的影子的長度，再通過相似三角形對應(yīng)邊成比例的性質(zhì)求出旗桿的長度.

4．著色法．所謂著色法，指的是將無法形象、直觀地顯示出的科學(xué)過程和現(xiàn)象通過一定的手段能使之形象、直觀地顯示出來的方法.例如我們把紅墨水滴入靜止的熱水和冷水中，觀察分子擴散與溫度的關(guān)系；把高錳酸鉀放入正在加熱的水中，觀察水的對流情況等.

5．控制變量法．為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，當(dāng)研究多個因素之間的關(guān)系時，往往先控制其他幾個因素不變，集中研究其中一個因素變化所產(chǎn)生的影響，這種方法叫控制變量法.例如，在探究影響蒸發(fā)快慢的因素時，若研究溫度的影響，就要把液體表面積的大小、液體表面上空氣流動的快慢控制相同，只改變溫度的高低，觀察液體蒸發(fā)的快慢，從而得出結(jié)論.

二、實驗設(shè)計的基本原則

實驗設(shè)計有許多原則，下面這些原則是最基本的原則，任何實驗設(shè)計都必須考慮的.

1．科學(xué)性原則．整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離基本科學(xué)知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則.科學(xué)性是設(shè)計實驗成功的前提.

2．可行性原則．在設(shè)計科學(xué)實驗時，從實驗原理、實驗的實施到實驗結(jié)果的產(chǎn)生，都要切實可行.

3．簡便性原則．在實驗設(shè)計時，實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗操作過程比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短.

4．安全性原則．在實驗過程中不會對實驗設(shè)備器材產(chǎn)生損壞，對人生安全產(chǎn)生危害，對環(huán)境產(chǎn)生污染.

5．經(jīng)濟性原則．實驗設(shè)備、實驗原料、消耗的能源花費少，人力時間短.必要時可以預(yù)測一下自己實驗的產(chǎn)出和投入的比值，這個比值越大越經(jīng)濟.

6．重復(fù)性原則．在同樣的條件下重復(fù)做同樣的實驗，觀察實驗結(jié)果是相同的.任何實驗都必須要有足夠的實驗次數(shù)，才能判斷結(jié)果的可靠性.如果設(shè)計的實驗只能進行一次，而無法重復(fù)，那么這樣的出的結(jié)論是不可靠的.