学生初写实验报告时,常对实验步骤的先后顺序安排提出疑问,问实验步骤的先后顺序能否颠倒。“测定物质的密度”实验是初中生在学习物理时首次遇到的实验,我们在实验教学过程中,就这个实验,给学生讲解了几个确定实验步骤原则,这个问题也就解决了。
“测定物质的密度”实验的步骤如下:
(1)调节好天平,用天平测出金属块的质量。
(2)用量筒或量杯测出某种金属块的体积。
(3)把测得的数据,填入表格,计算出金属块的密度。
以上步骤学生都能理解,步骤(3)只能放在最后,因为在测出金属块的质量m和体积V之前,是无法根据此计算出其密度的。
一、从这个例子可以看出,假设完成一个实验的步骤共有K个,它们分别是步骤(A)、(B)……(K),如果完成步骤(A)、(B)……是完成步骤(K)的基础,那么步骤(K)只能安排在最后;如果步骤(A)是步骤(B)……(K)的前提,那么步骤(A)一定要安排在最前面,不然的话就不合乎逻辑顺序了。我们把这种根据逻辑顺序确定实验步骤的方法叫做逻辑顺序原则。显然,安排实验步骤不能违反逻辑顺序原则。学生懂了这个原则之后,在初三做“用伏安法测量电阻”实验,做“滑轮组机械效率的测定”实验时,实验步骤的先后顺序就会安排了。
二、在一些实验步骤中,有的不存在明显的逻辑顺序关系,就像“测定物质的密度”实验中的步骤(1)和(2),好像可以先完成(1),再去完成(2),也可以先完成(2),再去完成(1),根据逻辑顺序不好确定先后,这时就得考虑避免增大误差原则。从这个实验可以看出,先完成(1)后完成(2),既不会增大m的误差,也不会增大V的误差,先完成(1)后完成(1),由于金属块在水中浸过,接着用天平测其质量m,测出的m误差增大,这是不合理的,可见在安排实验步骤要避免增大误差。其他如用弹簧秤测量力时要先校零,用电流表测电流,用电压表测电压都要先校零就是根据这个原则。
三、当我们避免误差增大原则指出上述实验的步骤(1)和(2)不能先后颠倒时,少数爱思考的学生会提出,先用量有测出金属体积V之后,把金属块晾一会才测其质量,不是也行吗?这就涉及到做实验的第三个原则,节约时间原则,把金属块晾一会无疑会延长完成实验的时间,这也是不妥当的,关于这个问题,学生从语文课本中学过华罗庚先生的《统筹法平话》那篇文章,很容易理解,其实在热学中测定钢块比热的实验步骤安排,就能体现出这个原理。
四、当然做实验时还要保证安全,这里的安全有两个含义,一个是人身安全,一个是不损坏仪器,电学实验中的“快速试触”,观察滑动变阻器铭牌上标出的最大的电阻值、允许通过的最大电流值都属于安全原则。在初中物理教学中,教师如能一开始通过“测定物质的密度”等少数几个实验,给学生讲清了确定实验步骤先后顺序的几个原则,学生在做其他实验时,也都能自行设计实验步骤,从而明显地提高实验能力。
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