高中物理实验与大学物理实验衔接的实践与思考

于伟平

(辽宁省葫芦岛市教师进修学院，辽宁 葫芦岛 125000 )

近年来，很多教师都非常重视研究和改革实验教学，从理论和实践两方面做了有益的探索。但在现实中，初中和高中都分别迫于中、高考的压力，物理实验都被很多学校淡化和虚化，无形中把实验的任务推给了大学教师。因此，我们从网络上搜索就会明显看到，几乎是大学教师在谈高中物理实验与大学物理实验衔接的问题。

笔者从教近30年一直感兴趣于物理实验的研究，实践证明大多数学生的进步与发展都受益于物理实验。笔者的一些实践有助于高中物理实验与大学物理实验的衔接。下面就把笔者的部分实践活动与大家分享。

1 中学物理实验管理细则的考查制度

根据实际需要给学生制定了一套中学物理实验管理细则。在学生进入实验室之前，要花费大约两周的时间，让学生反复熟悉实验室管理制度和中学物理实验管理细则。两周之后出题考查学生的掌握情况。比如细则第3条，实验前先观察操作台(实验台)上的实验器材，初步检查仪器的大致数量和完好情况；第4条，遇到没有使用过的或不会使用的器材，一定等待老师讲解完毕方可动手操作等等。

为什么以前实验总不能保证实验的效果呢？思考之后感觉其中一个主要原因就是没有一个很好的管理制度做约束，因而导致学生对实验的重视程度不够。现在把实验考查纳入了学业水平合格考范围之后，更应该提升中学生的实验素养，这无疑为做好大学物理实验提供了基本素养保障。每名学生必须清楚，从进入实验室到离开实验室所做的一切都应该是规范的。实验管理细则考查这一过程是保证实验顺利进行和保障人身安全的必要前提，中学时有了规矩并遵守了，到了大学实验室该做什么不该做什么就一清二楚。

2 实验器材的认识和使用培训制度

把实验器材的认识和一般使用规则制成微视频，学生在进入实验室之前，根据教学进度分层次进行视频和实物同步培训。比如先培训力学部分的器材，后培训电学部分的器材，学生再进入实验室接触到实物就不会感到特别陌生，并能初步掌握一些使用规则，节省了在实验室讲解使用规则的时间。实践证明，绝大多数学生都能掌握所接触到的器材的使用规则。

3 中学物理部分实验课实践内容

3.1 几个关键概念和数据处理

3.1.1 测量

主要掌握直接测量和间接测量。初步看起来测量非常简单，现实当中学生是很害怕的。学生最喜欢正好对齐情况的读数，一旦对不齐就不敢读，甚至不会读，而实际实验过程中绝大多数情况是对不齐的。教学过程必须把读数规则培训到位，比如测量器材的最小分度问题，这是读数准确与否的关键点，绝对不能忽视。例如，毫米刻度尺的最小分度为1 mm，读数时必须要再估读一位；电表读数，先确定量程再看最小分度，包括1分度、2分度、5分度的情况如何读，必须一清二楚，否则读数就是混乱的，读数不准何谈结果准确。实际教学过程中针对尺类、仪表等读数问题会花费较大的气力进行培训，笔者认为这是物理实验的基础。

3.1.2 误差

对于中学生而言，一提到误差头脑就晕，不想听到这个词，从实验的角度，又是必须要触碰的概念。尤其是接触大学物理实验乃至搞科学研究，必须学会误差分析。

讲误差必须要讲清楚几个概念：(1)真值和测量值；(2)绝对误差和相对误差；(3)系统误差和偶然误差。高中阶段不要求讲系统误差和偶然误差，但是讲了，学生头脑更清醒了。知道了这两个误差是怎么来的，为以后学习大学物理实验扫清了部分概念上的障碍。

3.1.3 有效数字

这一部分必须讲清楚什么是可靠数字、可疑数字和有效数字。高中阶段要求有效数字，但不要求有效数字运算，它区别于保留小数点后几位问题。在高中阶段弄清楚什么是可靠数字、可疑数字和有效数字，进入大学涉及有效数字运算也会容易接受。高考试题中经常对计算结果的有效数字有要求，所以无论对高中还是对大学都要弄懂这一概念。

3.1.4 数据处理

关于数据处理的方法，高中阶段最常用的是列表法和作图法。

(1)列表法是记录数据最常用，也是最有效的方法。建议学生养成良好的记录习惯，记录数据一定要根据实际情况制作合理的表格，便于对比和使用。

(2)作图法是比较常用的处理数据方法，对学生的素养要求相对较高。一般是学生自己根据实验数据进行描点作图，然后对作出的图像进行分析，进而得出结论。也可以将数据输入电脑，利用电脑软件进行处理。近几年随着实验器材的更新、实验手段的进步，处理数据的方法越来越多，越来越先进。

3.2 力学实验案例：探究加速度与力、质量的关系

传统的实验器材：打点计时器，纸带，复写纸，小车，一端附有定滑轮的长木板，小筒，砂，夹子，细绳，低压交流电源，导线，天平(带有一套砝码)。

实验原理：探究加速度与外力及小车质量的关系时，应用的基本方法是控制变量法。先控制一个参量，如保持小车的质量不变，讨论加速度与力的关系；再控制小桶和砂的质量不变(外力不变)，改变小车质量，讨论加速度与小车质量的关系。

本实验中用小桶和砂的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小桶和砂的总重力)，存在系统误差。小桶和砂的总质量越接近小车的质量，误差就越大，反之，小桶和砂的总质量越小于小车的质量，误差就越小。

这个实验是高中教材上比较经典的实验，其中蕴含着很多方法值得研究和掌握。(1)物理学中研究问题的一种方法-控制变量法；(2)处理纸带上数据求加速度的方法-逐差法；(3)对小车和小桶和砂的受力分析-整体法和隔离法；(4)误差分析。

随着科学技术的进步，先进实验器材不断更新，笔者又利用气垫导轨、光电门和数字计时器，在拓展课上再次完成了探究加速度与力、质量的关系的实验。

笔者的体会是后面这个实验测量加速度的精度较高。另外，由于阻力很小，砝码质量就可以取得较小。若将滑块与其配重总质量在200到600 g范围内取,则砝码质量就可以相应地在5到15 g之间取值。这样就较好地满足了砝码的质量远小于滑块的质量,那么以砝码所受重力当作滑块所受拉力的大小所引入的系统误差就小到可以忽略的程度。

第二种实验为学生又打开一条通向“罗马”的通道，锻炼了学生善于变换思维思考问题和解决问题的能力。学生再进入大学物理实验室就不会对气垫导轨、光电门和数字计时器等器材感到陌生而缩手缩脚。

3.3 电学实验案例：电阻的测量

仔细研究之后，会发现不管怎么接电表，内阻造成的系统误差都是真实存在的。

笔者将惠斯通电桥(高中教材没有介绍)引入了拓展课堂，强调等电势情况下电桥处于平衡(实际上在画等效电路图时就用到了等电势知识)，学生清楚看到此方法避免了电表的接入误差，这也是在大学实验室精确测量电阻常用的方法。该方法有没有误差呢？当然有，比如：(1)桥臂电阻存在误差；(2)受检测电桥平衡的仪表灵敏度所限，不可能调到理想的平衡态而引起的误差。

4 实践思考

(1)物理实验采用科学的研究方法，能够培养学生具有实事求是的科学态度，尊重客观事实，忠于实验数据，不能有丝毫的弄虚作假行为。

(2)物理实验能够培养学生的观察能力、实验操作能力以及创新性思维能力和实践能力。

(3)物理实验并不是一帆风顺的。他能够培养学生具有不怕挫折、坚韧不拔的追求科学的精神，使学生形成正确的科学价值观。

(4)物理实验能够培养学生合作、交流的能力，并建立和谐的人际关系。

高中物理实验与大学物理实验紧密联系，大多数实验具有较强的设计性和探究性，在思想方法上具有很强的连续性，所以做好高中物理实验无疑能够为大学物理实验起到一定的铺垫作用。