浅谈实验设计之我见

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物理是一门以观察实验为基础的学科，探究物理问题，要经过以下认知过程：观察现象提出问题猜想、假设实验验证数据分析整理归纳总结规律实际应用。在这一认知过程中，实验就是对猜想、假设通过实验进行验证，是认知规律中的一个很重要的转换环节。主要包括实验方案的设计、选择什么方法、需要什么器材和如何操作及收集数据等。这里，笔者认为实验方法可分为以下四类：

1. 直接型

根据假设的需要，用物理仪器直接测量某个物理量。例如：用刻度尺测长度，用温度计测物体的温度，用电流表测电流，电压表测电压等。这类实验是最基本的实验，主要要求学生能熟练掌握基本仪器使用。

2. 转换型

由于器材的限制或者有些物理量是不能直接测量的，要把所测的物理量转换成测其它的物理量。这类实验主要注意转换的条件，转换的条件是转换和被转换的对象必须是学生熟知的、能够便于测量的关系。

例1：没有天平，只有弹簧，怎样测出一金属块的质量：那么转换的原理是m=G/g，意思就是把测质量转换成测重力。

例2：测量某金属块的密度。器材有以下两组：①天平（含砝码）、量杯、水、细线；②弹簧秤、细线、足够的水。这里转换的原理就分别是ρ=m / v 和ρ=ρ水G / F浮。同样一个物理问题，可以有多种转换途径。转换原理不同，所需器材及实验操作就不同。

又如：在探究焦耳定律时，由于电流产生的热量很难准确测量，因而要把观察的对象进行转换。教材把判断电流产生热量的多少转换成煤油体积增大的多少，当然也可以转换成观察煤油温度的变化。转换需要一定的技巧，并要不断地尝试，这就要求学生熟悉前面内容及具有一定应用知识的能力。

3. 静态型和动态型

物理规律包括静态型和动态型的两种规律，实验研究时，必须采用不同的实验方法。

例1：探究串联电路中电压的规律。这就是一种静态型的实验研究。只要明确探究的物理对象跟哪些因素有关，就可以设计实验，选择器材。

例2：研究“弹簧的伸长与拉力的关系”时，这就是一种动态型的实验研究，这类实验的研究，要求假设一定要合理。只有假设“在弹性限度内，弹簧的伸长与拉力成正比”，这样学生在设计实验时才会让拉力成倍数地增加，从而收集“弹簧的伸长是否成倍数地增加”这样的数据信息。

4. 控制变量法

由于研究的对象可能跟两个或两个以上的因素有关，这就要用到控制变量法。

例如：在探究导体的电阻大小与哪些因素有关时，由于导体电阻的大小可能与导体的材料，长度、横截面积和温度有关，这样就要利用控制变量法进行实验。

控制量变法是一种很重要的实验研究方法，在假设时，首先要确定研究的对象是跟哪个因素的关系，而其它的因素要保持不变，即控制什么不变，改变什么，测量什么；其次，确定假设的层次；第三，注意观察的对象是否要转换。