黃俊鑫

【摘 要】理想實驗與實物實驗相比區(qū)別在哪里？兩者主要在操作方法上的區(qū)別，理想實驗更注重物理思維的科學性與合理性，而且其對教學實踐的視角進行了探討。

【關鍵詞】高中物理；理想實驗；實踐

“理想實驗”亦稱作思想實驗或假想實驗，它是研究者發(fā)揮想象力，在最理想或極端的條件下，采用想象中最理想的器材，通過最理想化的實驗操作來完成的。在高中物理教材中有理想實驗的存在，這部分內容如何教學呢？筆者認為應該關注到高中理想實驗的操作方法和其中包含的物理思維，本文就該話題談幾點筆者的思考。

一、高中物理教學中理想實驗的操作方法

理想實驗的開展要進行觀念性操作或思維操作，這些是已有認知與理想情境交互作用的過程，是新觀點生成、新關系發(fā)現(xiàn)的關鍵。在高中物理教學中，引導學生認識理想實驗的思維操作方法，有助于他們深化理解、提升技能，進行主動而有效地運用理想實驗來思考和研究物理問題。

1.外推

所謂“外推”，就是將一定物理情境（或實驗情境）中的某些物理量不斷增大，由此造成事物性質的改變，然后再通過已有的經驗基礎和邏輯推理進行把握，相關結論即可得到確認。比如當學生研究出汽車通過半徑為r的拱形橋的情境中，汽車不脫離橋面的臨界速度為v=，教師即可引導學生以外推的方式來進行理想實驗：使拱橋的半徑不斷增大，直到等于地球的半徑R，可發(fā)現(xiàn)讓物體脫離地面，圍繞地球進行勻速圓周運動的速度為v=，代入相關數(shù)據(jù)即可計算第一宇宙速度，我們還能據(jù)此來分析航天器中的失重現(xiàn)象。

2.內延

所謂“內延”，就是將一定物理情境（或實驗情境）中的某些物理量不斷減小，直到減小至0，從而讓事物處在極為簡單而純粹的狀態(tài)之中，讓原先被重重因素和關系所掩蓋的性質暴露出來。比如伽利略的“理想斜面實驗”，即設想斜面粗糙程度不斷降低，直至斜面絕對光滑，則小球可以到達對接斜面上的等高位置；再假設對接斜面的傾角越來越小，直至水平，則小球將在水平面上永恒運動下去。

3.疊加

所謂“疊加”，就是先對研究對象進行復制，然后將其與原對象進行一次或多次地串聯(lián)粘貼或并聯(lián)粘貼，并結合已有認知，推斷出復合體的基本規(guī)律，進而揭示物理量之間的關系。比如安培力的計算公式F=BIL，在中學階段很難實現(xiàn)精確地實驗探究，教學可以在定性實驗的基礎上展開，引導學生進行理想實驗：長度為L，且通有電流I的導線垂直放于勻強磁場B中，設其所受安培力為F。對其復制并進行串聯(lián)粘貼，則一次粘貼后，電流為I、長度為2L、安培力為2F；二次粘貼后，電流為I、長度為3L、安培力為3F；（n-1）次粘貼后，電流為I、長度為nL、安培力為nF，有結論F∝L：。對其復制并進行并聯(lián)粘貼，則一次粘貼后，電流為2I、長度為L、安培力為2F；二次粘貼后，電流為3I、長度為L、安培力為3F；（n-1）次粘貼后，電流為nI、長度為L、安培力為nF，有結論：F∝I，綜合可得F∝IL。

4.關聯(lián)

5.等效

二、利用理想實驗，培養(yǎng)科學探究能力

物理教師要采用多樣化的教學方式，發(fā)展學生物理認知，培養(yǎng)科學探究能力，理想實驗在這一方面有著非常重要的作用。在高中物理的探究式教學過程中，教師可以指導學生從科學事實與已有經驗出發(fā)，通過理想實驗來形成有關物理現(xiàn)象或運動規(guī)律的假說，然后或指出該假說得到了大量實例的證實，或是設計實驗來直接或間接地證明假說。

例如選修3-1“閉合電路的歐姆定律”一節(jié)，我們指導學生對電源兩端的電壓和流過電源的電流進行測定，描繪出U-I圖象，在此基礎上啟發(fā)學生通過外推操作來構建理想實驗：將圖象向兩側延長，與橫軸和縱軸相交，且得到函數(shù)關系式U=a-bI，然后探索其物理意義，將a定義為電源電動勢，將b定義為電源的內阻，將bI定義為電源的內電壓，形成假說——“閉合電路的內外電壓之和等于電源的電動勢”，然后再進一步設計實驗對其進行驗證。

綜上所述，物理教師要充分發(fā)掘教學內容中的理想實驗，并將運用于教學實踐，這對學生物理規(guī)律的理解、思維能力的培養(yǎng)、科學素養(yǎng)的提升大有幫助。讓學生全方位地經歷理想實驗的構建過程，能幫助學生充分體驗科學探究，讓他們對物理科研方法產生深刻的認識，并由此發(fā)展其創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，為他們的終身發(fā)展奠定基礎。

【參考文獻】

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