制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是從操作的角度把探究的猜想與假設(shè)具體化、程序化，將猜想與假設(shè)落實(shí)到具體的操作方案上來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，其主要有以下幾步，首先分析該探究要解決哪幾個(gè)問(wèn)題；第二分析每個(gè)問(wèn)題有幾種解決辦法，第三依據(jù)現(xiàn)有條件和探究要求選擇合適的方法；最后確定需要的器材及操作步驟。從以上幾步看，找出解決問(wèn)題的辦法是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，下面我們就重點(diǎn)談?wù)勥x擇科學(xué)探究方法用到的一些思路。

放大

許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、待測(cè)的物理量等在變化很微小的情況下，不便觀察，難于測(cè)量，此時(shí)就可采用“放大”的思路。例如，教師上課時(shí)為了讓同學(xué)們都看清投影片上的圖象，教師使用了投影機(jī)投影，將投影片上的圖象放大。根據(jù)所要“放大”對(duì)象的不同，可采用不同的“放大”原理，例如，下面幾種是我們已用過(guò)的放大原理。

1.利用光學(xué)原理進(jìn)行放大。如放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、幻燈機(jī)等利用光學(xué)元件對(duì)觀察對(duì)象的空間尺度所做的放大。

2.利用累積原理進(jìn)行放大。對(duì)微小量的測(cè)量，可采用累計(jì)的方法。這是一種間接性的放大。如：薄紙厚度的測(cè)量，可測(cè)量多張紙的總厚度，再算出一張紙的厚度；細(xì)金屬絲的直徑的測(cè)量，可繞在鉛筆上多圈后，測(cè)出總長(zhǎng)度，再算出金屬絲的直徑。

3.利用電子元件進(jìn)行放大。如擴(kuò)音器、喇叭等運(yùn)用電子元件對(duì)微小信號(hào)所進(jìn)行的放大。

轉(zhuǎn)換

用手使勁擠壓玻璃瓶，它會(huì)發(fā)生形變，你相信嗎？這是真實(shí)的，只不過(guò)在手施加的壓力作用下發(fā)生的形變非常微小，難以直接觀察吧了。若在玻璃瓶中裝滿水，用瓶塞塞緊，瓶塞上插有毛細(xì)管，再用手使勁擠壓玻璃瓶，毛細(xì)管里的液面明顯升高，怎么樣，事實(shí)勝于雄辯。在這里，人們非常巧妙地把要觀察的玻璃瓶形變，轉(zhuǎn)換為直接觀察毛細(xì)管里液面的高低，因而間接地了解到玻璃瓶發(fā)生了形變。

實(shí)際上我們常常會(huì)遇到一些很難直接顯示的物理現(xiàn)象或變化微弱易察覺的物理現(xiàn)象，還有一些不易直接測(cè)量或不能直接測(cè)量的物理量，這給觀察和測(cè)量帶來(lái)了很大的困難。怎么力，“轉(zhuǎn)換”使人思路大開。所謂轉(zhuǎn)換，就是要把不易直接顯示的物理現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量，想辦法轉(zhuǎn)換成其他容易觀察到的現(xiàn)象或容易測(cè)量的物理量，從而間接達(dá)到觀察或測(cè)量的目的。其主要思路就是，根據(jù)力、熱、光、電等現(xiàn)象間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從等效的角度進(jìn)行思考。

例如，我們使用的溫度計(jì)，其發(fā)明過(guò)程中就有轉(zhuǎn)換思路的功勞。對(duì)于溫度的高低人類很難準(zhǔn)確的感覺出來(lái)，但利用（物質(zhì)）液體的熱脹冷縮，轉(zhuǎn)而測(cè)量液柱的高低則十分方便。再如，將兩個(gè)音叉相向放置，敲響其中一個(gè)音叉時(shí)，另一個(gè)音叉也將發(fā)聲，怎樣使同學(xué)們都看到這個(gè)音叉發(fā)聲時(shí)的振動(dòng)呢，教師用了一個(gè)很巧的辦法，讓泡沫小球彈起來(lái)，從而證明了音叉的振動(dòng)。這就用到了轉(zhuǎn)換。其實(shí)像電流表測(cè)電流、電壓表測(cè)電壓等都是轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)觀察的。

認(rèn)真來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)化、放大這兩種思路在解決上述問(wèn)題的設(shè)計(jì)中都發(fā)揮了積極作用。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，若遇到不便觀察的現(xiàn)象或不便測(cè)量的物理量，就應(yīng)該有意識(shí)的從轉(zhuǎn)化角度去思考。

比較

“比較”是人們常用的思維方法，是找出事物之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維方法，通過(guò)事物間相同特征或相異特征的比較，揭示事物的本質(zhì)和區(qū)別。人們認(rèn)識(shí)事物往往是從區(qū)別事物的本質(zhì)特征開始的。而要區(qū)別就要有比較，有比較才有鑒別。事物之間在現(xiàn)象上和本質(zhì)上都存在著同一性和差異性。物理學(xué)中有許多物理思維和物理規(guī)律具有可比性，因而廣泛應(yīng)用于物理課程的學(xué)習(xí)中，在這里我們主要談?wù)劚容^的思路在物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

比較就是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下找出研究對(duì)象之間的同一性和差異性。比較是認(rèn)識(shí)事物的基礎(chǔ)，在物理學(xué)中由于研究對(duì)象的廣泛性和多樣性，比較的形式也是靈活多樣的，可以是比較某物理現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)前后的變化情況，可以是對(duì)幾類物理現(xiàn)象變化過(guò)程的比較，也可以比較同一對(duì)象在不同條件下的變化情況。

例如，觀察水的沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，要觀察和比較水在沸騰前后氣泡、聲音、溫度等現(xiàn)象的區(qū)別，認(rèn)清沸騰的特點(diǎn)。在探究蒸發(fā)與沸騰時(shí)，認(rèn)真比較蒸發(fā)與沸騰的區(qū)別。在研究透鏡成像的實(shí)驗(yàn)中，就是要比較物體在u>2f，f

以上事例，我們十分熟悉，這些均體現(xiàn)了前人的聰明才智，他們非常巧妙的應(yīng)用了比較的思路，使實(shí)驗(yàn)的有效性大大增強(qiáng)，從而揭示出事物的本質(zhì)和區(qū)別。這樣的例子還有很多，如對(duì)樂(lè)音和噪音的比較、體溫計(jì)與學(xué)校實(shí)驗(yàn)常用溫度計(jì)的比較、晶體和非晶體的比較等。前人成功運(yùn)用比較的思路，給了我們很好的啟示，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要增強(qiáng)比較的意識(shí)，充分運(yùn)用比較的思路，注意找出差異性極大的物理現(xiàn)象或物理概念之間本質(zhì)上的共同點(diǎn)，又注意找出表面上極為相似的物理現(xiàn)象和物理概念之間本質(zhì)上的差異。

以上我們重點(diǎn)談了在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)方法選擇器材時(shí)可能應(yīng)用到放大，轉(zhuǎn)換和比較的思路，除此之外，還有許多思路，如控制變量，利用平衡構(gòu)建物理模型等。在解決某一個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)某一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能以一種思路為主，也可能同時(shí)要用到幾種思路，具體問(wèn)題具體對(duì)待，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中注意運(yùn)用各種思路解決實(shí)際問(wèn)題。另外，對(duì)我們一些典型實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該認(rèn)真領(lǐng)會(huì)其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，體會(huì)出它們的設(shè)計(jì)巧妙之處，培養(yǎng)自已的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

作者單位:

王棣生.中學(xué)物理創(chuàng)新教法.北京：學(xué)苑出版社，2001.

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