初中物理实验的分类与方法
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内容摘要：从初中物理实验的分类去理解测量性实验和探究性实验的基本思想，并了解实验
中的目的和手段之间的关系，掌握物理实验中基本的研究方法，加强学生对初中物理实验能
力的培养。
关键词：测量性实验探究性实验手段目的表格物理规律
物理是一门自然学科，因而实验在物理教学中占着举足轻重的地位。随着社会的发展的需要
以及新课程标准的要求，实验教学在物理中显得越来越重要：物理研究方法要在实验中来体
现；物理规律要通过实验来总结；技能通过实验来训练；创新精神要通过实验来培养等等。
但由于物理包含的知识多而杂，表面上它们往往互不相干，致使相当多的教学人员在进行实
验教学时常常把这些物理实验孤立，不能给学生一定的体系，使学生难以通过实验教学达到
触类旁通、从而自己设计实验的能力。因而在学生刚接触物理的教学中，给学生具体的方法
指导是必要的。而其中物理实验的思想与方法是最重要的。
一、初中物理的思想
初中物理实验主要可以分为两类：一类为测量性实验；一类为探究性实验。能够区别这
两类实验、并且掌握住这两类实验的基本思想，对于学习物理来说是非常重要的。
1、测量性实验
测量性实验的目的是为了测量出一个物理量结果，如：物体的长度、物体的质量、物质
的密度等等。根据实验的要求和现实测量器材的限制，又可以分为直接测量和间接测量两种。
（1）直接测量
直接测量一般比较简单，限于在生活中或是实验室中能够找到直接测量这个物理量的测
量工具。在初中物理中，能够直接测量的物理量有：长度的测量，测量工具为刻度尺；温度
的测量，测量工具为温度计；质量的测量，测量工具为托盘天平；力的测量，测量工具为弹
簧测力计；电流的测量，测量工具为电流表；电压的测量，测量工具为电压表；等等。
对于这些能够直接测量的物理量而言，最重要的就是如何使用这些测量工具，在测量时
如何去减小实验的误差。因而，直接测量的实验，最重要的就是测量工具的教学。
（2）间接测量
间接测量是因为在生活中和实验室中没有能够满足直接测量物理量的测量工具，转而采
用间接测量。如：密度的测量；速度的测量；机械效率的测量；电阻的测量；电功率的测量
等等。
在间接测量中，首先要做的就是测量在依据，即所用的物理公式是什么，而这个公式，
也就是这个实验的原理。然后根据这个原理找出可以直接测量出来的量，确定测量工具。如
在测量密度的这个实验中，由于密度是不可以直接测量的，转而根据ρ=把密度的测量转为测量质量和体积，那么很快就能够确定下来测量工具分别是托盘天平和量
筒，学生就能够把以前的学过的测量方法结合起来应用从而测出密度。而公式ρ=也就是测量密度的原理。
另外，在实验中，数据处理也是很重要的。对于初中物理而言，一般在实验中都要求测
量出三组数据。在测量性实验中，测出多组数据的目的是为了通过多次测量求平均值这种最
简便可行的方法来达到减小误差的目的。但在实际的实验中，学生操作起来还是有一定的问
题：对于直接测量，如物体长度的测量，只要把测出的三个长度相加求平均即可；但在间接
测量中，往往学生不明白究竟哪些数据可以求平均，哪些数据不可以求平均。例如在运用
R=来测量电阻的实验中，究竟是先求出电压和电流的平均值，然后求出电阻，还是分别求出每一组数据的电阻，然后求电阻的平均值呢？很多教师会告诉学生应该取第二种方法，即先分别计算出每一组数据的电阻，然后求出电阻的平均值，但却说不出为什么。根据多次测量求平均值以减小误差这个方法的思想，只有对于一个因定量的才可以求平均值，如长度的测量，因为一个物体的长度是固定的，只是因为我们测量存在误差，才测出不同的结果，才需要求平均；而本来就不相同的量求平均是没有任何意义的。所以在测量电阻的实验中，正因为对于这段导体的电阻是固定的，所以可以求平均，而电压和电流是人为因素让它们不同，所以求电压和电阻的平均值是没有意义的。还有在测量小灯泡的电功率的实验中，学生也往往会把测出来的电功率求平均，事实上小灯泡在不同亮度时，它的功率是不同的，因此在这个实验中，求平均也是没有任何意义的。
二、探究性实验
探究性实验和测量性实验的本质不同是：探究性实验是为了通过实观察到的现象或测量出的数据，从而得到一个物理规律。相对于测量性实验来说，探究性实验对学生要求要高一些，不但要求学生能够设计实验，还需要学生有一定的观察总结能力，要求学生能够通过现象看本质，从而得到结论。
探究实验也可以分为两种：一种是观察现象型探究实验；一种是分析数据型探究实验。
（1）观察现象型探究实验
这类实验不需要学生记录数据，只要仔细观察实验中的现象，然后根据现象就能够总结出物理规律。例如真空铃实验，只要往外抽气，通过铃声越来越小，就可推导出真空不能传声，或者说声音的传播需要介质；还有光的直线传播，只要观察影子的形成即可得到结论。
（2）数据分析型探究实验
数据分析型实验由于有数据，往往让学生和测量性实验混淆，学生会不知所以的把测量性实验中的处理方法用到探究性实验当中去，比如求平均值等。但探究性实验中的数据了和测量性实验中的数据有本质的区别：探究性实验中的数据是为了得到物理规律，虽然在实验中也有多组数据，但那并不是为了求平均值，而是运用多组数据来反映出物理规律的普遍性，避免出现偶然现象。比如在探究杠杆平衡条件的实验中，如果在左边把三个钩码挂在4厘米处，而右边把4个钩码挂在3厘米处，仅分析此一组数据来得到结论的的话，很容易得到：动力+动力臂=阻力+阻力臂。而这个结论就是由于数据偏少而偶然得到的一个错误的结论。如果测三组数据或更多的数据，这种偶然性就不复存在了。
当然在探究型实验中，有很多的实验并不是分得那么清楚的，它会把观察现象和数据分析结合起来才能全面得出结论，比如：探究平面镜成像规律的实验中，既要观察像与物的位置及大小关系，还要测量出像与物到镜面的距离以判定像与物到镜面距离的规律。对于这一类的实验，要求学生更要具备实验的综合能力。
在物理实验中，学生能够理解了测量性实验与探究性实验的基本思想，就能够根据不同的实验应用不用的方法，从实验的准备到设计，以及步聚和最后的处理，就不会产生混淆。从而让学生在初学物理的时候，能够很快的掌握学习的方法。
三、物理实验的方法
1、实验设计与总结规律的方法
物理实验的方法很多，但概括起来，在实验中，让学生清楚手段和目的两点很重要的。往往在实验中，由于一些物理量无法直接判断，而要采取间接的方法。但在采用这些方法时，很容易让学生感觉到实验显得“乱”，无论是在实验过程中还是结论的总结上，作出错误的选择。比如在探究影响动能大小的因素这个实验中，当要探究动能与运动快慢的关系时，如何让小车到达水平面具有不同的速度呢？最好也最实用的办法就是将小车放在斜面上的不同高度处，这样不但能让小车到达水平面有不同的速度，而且很容易判断哪一辆小车到达水
平面运动更快一些。但在实际运作过程中，学生很容易说成：质量相同时，物体越高，动能越大。这就是因为在实验中，学生区别不清实验中手段和目的。在这个实验中，让小车到达水平面具有不同的速度是目的，而放在不同的高度处，只是为了达到这个目的所采取的一种实验手段而已。当然，在总结规律的时候，实验中的手段是不能出现在规律当中的。和这个实验类似的错误还会热学实验中体现，由于热量不能直接测量出来，所以常采用间接的方法。比如研究物质吸热和放热本领的时候，学生也会说：相同质量的水和沙子升高相同的温度，水加热的时间长。犯这样的错误，原因是相同的。
另外，还要让学生明白，在实验中的手段和目的这两个方面，目的不能变，但手段可以变，这样可以增强学生对实验手段与目的的理解。比如依然是探究动能与运动快慢的关系这个实验，在这个实验中，要保证质量相同而运动快慢不同，这两点是肯定不能变的，但在运动快慢这点上，是不是一定非要让小车从斜面上滑下呢？不一定，如果采用两根相同的弹簧，一个形变大一些，一根形变小一些，让两根弹簧从相同的地点弹射小车让其运动，这种方法也完全可以，只不过，没有斜面容易操作而已。区分了这些，学生在总结实验的时候，就不容易混淆了。
在实验中，还要让学生注意：在总结规律的时候，要注意回过头去看看，看看实验探究的时哪些物理量之间的关系，总结的规律与所要探究的是不是吻合。比如还是探究动能与运动快慢之间的关系，如果说成：质量相同时，物体越高，动能越大。那么这个结论很明显与研究的物理量有出入：结论中物体的运动快慢在哪儿呢？如果学生能从多个方面注意，那么这些错误就不会再犯的了。
在研究物理的方法中，有控制变量法、等效替代法、类比法等等，可以说，这些方法基本上都是一种实验手段。在热学实验中，我们用相同的加热器配以加热的时间来判定物体吸收热量的多少；在电学实验中，我们用水流和水压来理解电流和电压的特性等。所以，在物理实验的教学中，我们除了要注重实验步聚和结论的教学，也要注重让学生学会在实验中为达到目的而能选择手段的这种能力。
2、记录数据的方法
一般在记录物理实验数据的时候，都需要有记录数据的表格，所以在物理实验中，设计出一个合适的表格就显得越来越重要了。事实证明，如果学生能够准确无误的把表格设计出来，这个实验基本上也就了然于胸了。但究竟如何才能设计出一个合适的表格呢，对于数据量小的实验还不太难，但对于数据量大的实验，学生就无从下手了。
那么如何正确设计表格呢？首先，我们先要去研究表格，理解表格。一个完整的表格主要分为主体部分和辅助部分：
主体部分就是所需要记录的物理量，这里面又可分为记录数据和计算数据。而要想得到这些数据，又得从基本原理入手。比如在测量滑轮组的机械效率的实验中，首先我们要分析机械效率的计算公式η=×100%，而无论是W有用还是W总都无法直接测出，那么再转换一下：W有用=Gh，W总=FS。这样就把测量机械效率转化为测量物体的重力、物体被提升的高度、绳子自由端的拉力和绳子自由端通过的距离，这四个量属于记录数据，是在实验过程中可以直接通过测量工具测出来的数据；而W有用和W总以及η都是需要计算才能得到的，所以这三个量是计算数据，这些数据都要在表格当中体现出来的。辅助部分包括：实验次数、每个物理量的单位等。这些也是一个完整表格不可缺少的部分。
在设计表格的时候，我们可以先将主体部份依次排列好，然后再前面和各个物量的后面写上单位，最后再画上表格的线条。而在实际的设计中，许多的学生还没搞清楚需要记录些什么，上来就画线，那么这样造成的后果是画出来的表格不符合要求：不是少画了，就是多画了，这样费事不说，还弄得学生心烦意乱，本来可以轻松完成的工作结果浪费了很多时间，
甚至设计不成功。
在物理的实验教学中，如果能够注重物理实验思想的教育，将物理各个版块用统一的思想串联起来，并教会学生一些基本的实验手段与技巧，定能使学生的实验水平、实验技能和创新能力得到更大的发展。当然，在初中物理实验教学中，还有很多的方法，只有将这些方
法有机的结合在一起，才能真正的使实验教学符合素质教育的需要，符合社会发展的需要。
