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物理实验是物理课教学的重要内容,它对于学生掌握知识、发展智力、形成技能等等方面,具有不可替代的作用,是对学生进行素质教育的重要方式。本文就观测能力的培养谈几点看法。
一、什么是物理实验的观测能力
物理实验的观测能力,就是学生在物理实验过程中,依靠感官,借助于仪器,观察物理现象,测量物理讯息的能力。
物理实验的观测一方面依靠感官,另一方面则是借用和发挥物理仪器的作用。而物理仪器是“物化”了的物理知识,即凝结着大量人们已经掌握的概念和理论。从这个意义上说,物理实验的观测力既包含着人的感官的感知能力,又包含着使用仪器所必需的思维能力。也就是说,观测能力是一种心理素质,一种技能。在观测过程中,它交织着感官的感知和大脑的思维,或者说,它是一种思维的感知。
二、培养实验观测力的重要性
物理仪器在实验过程中,一般说来有如下功能:一是激发,解离自然物或自然过程。例如阴极激发高速电子流,产生浅绿色的射线。二是分析和选取物理讯息。例如用棱镜把光分成光谱线。三是显示、记录、测定讯息。例如用照相底板摄取光谱并进行谱线波长测定。
实验观测的基本任务就是合理地、充分地发挥仪器的功能,观察物理现象,在仪器精度范围内测准物理讯息。要顺利完成这个任务首先必须正确安装、调整仪器。而即使最粗略最简单的要求,如让仪器整体处于垂直或水平状态;处于同地磁场平行或垂直的状态;仪器各部件的固结、稳定、等高、同轴等等都必须由感官来判断、试探和估量;其次,实验过程中,仪器运转是否正常,物理过程及其现象是否按预期的出现,必须随时观察和监视;最后,仪器显示的物理讯息,必须充分调动各器官的注意力,机敏的反应,最佳的分辨本领,进行准确的测定和记录。特别是任何预先计划周密的物理实验,终究不能把复杂的自然联系包括无遗,它难免会出现“意外”的现象,伴随新的效应。历史上一些重大的发现,如奥斯特发现电流磁效应,伦琴发现X射线;以及光电效应,莱塞的发现,都是物理学家从“反常”现象和衍生效应的观测得到的。因此,加强观测能力的培养,对于切实掌握物理实验这种认识手段,深入认识物理现象及其规律是极为重要的。
三、观测能力训练的内容和要求
综上所述,观测能力包括感知能力和思维能力两个方面,因此,观测能力的训练,相应的包括了感官的训练和思维的训练两个方面,而根据物理实验观测的基本任务和要求,可以进行如下的训练。
(一)感官的训练
1.“重合”和“对称”的判断。“重合”就是用眼睛判断被观测对象,如干涉条纹、指针等同定位标准对齐或重叠。“对称”指用眼睛判断在中位线的两侧的间隔,具有对称或等距的感觉。重合和对称的判断,在一切具有指针度盘的仪器上,运用最普遍,因而这种训练也最基本、最重要。
2.在视觉方面。对于可见光不同颜色的大体辨别。
3.在听觉方面。能比较出声强的相对变化。能感知由于两个频率相近的振动叠加所引起的拍。
4.熟悉实验中常遇到的一些声响。例如蜂鸣声的声音,这是为了保护仪器特设的警戒;电器中的交流电、电视、气泵以及断续器正常与异常运行时的声响。
5.在触觉方面。主要训练手指,使之能够辨别螺旋或旋钮的松紧状态;能够自觉用适中的力扭动螺旋或旋钮,用适中的力与速度按动按钮等。
(二) 思维的基本训练
1.依靠思维指挥个中感官的协调活动。就简单的单摆实验来说,要测准摆动周期,必须用眼睛盯准摆同平衡位置重合的时刻,同时用手指按动秒表;用嘴巴念出摆动的次数,耳朵监听自己的念数;在摆最末一次通过平衡点时,迅速制动无误,有时要求先后有序。它们是相互制约、协调进行的。要做到这一点,有赖于思维对物理过程各因素内在联系的把握,并据此指挥和协调各器官的活动。
2.抽象能力的训练。为使观测过程自觉性强,目标明确,实验者必须有如下的抽象能力。他要了解实验所依据的基本现象和基本规律是什么。物理仪器和操作程序如何具体体现这些现象和规律,或者相反,他必须知道仪器面盘上的旋钮、指针、度盘及其他形式显示器所发生的变动、所显示的数据,意味着什么实际过程和怎样的因果关系。
用杨氏双缝干涉实验获得干涉条纹,必须了解产生稳定干涉的条件。为了得到这些条件,仪器是怎样提供相干光源,单缝有什么作用?双缝又有什么作用?干涉条纹的疏密,收缩和扩张,各反映着什么因果关系?即干涉条纹如何随入射角、光程差而发生变化?只有他能够把理论的东西化为具体的操作,有能够透过具体现象理解过程的本质,他才能更有目的地进行观察,更自觉而正确地进行测量。
3.分析和综合的能力。对于未知现象,或者对于某种讯息,为了观察并弄清它们产生、消失的条件与原因,必须学会分析与综合。即在观测中,使某些因素固定不变,而变更另外一二个因素,观察这个现象或学习,是否随之产生或消失,增强或减弱,以及这些关联在量上的反映。然后又转而逐一寻找其他因素的影响,像这样逐条逐层地探索就是分析。经过分析得到了各方面关系之后,要能够进一步把各方面的关系综合起来,对于整个现象、整个过程做出判断、得出结论,并进而指导更深入更全面的观测。
在物理实验教学中,进行观测能力的培养和训练,以下几点是值得注意的:
1.必须在整个教学过程中,有计划地逐步地训练和培养,对每一个实验题目,都必须确定感官训练和思维训练的具体内容,有意识地在教学过程中进行训练。
2.教学过程是把人类长期积累起来的间接经验和技能,以短捷的方式传授给下一代。因此,感官和思维的训练,必须强调教师的讲解和示范,不能因防止教师包办代替而取消了必要的讲解与示范。
3.实验观测与日常生活中的一些观测有密切联系。例如日常生活中使用电灯、收音机、电视机和在实验时使用的电源、示波器;日常观看钟表;日常生活中借助于眼镜、望远镜进行观察,和实验时使用光学仪器,都有一些共同之处。学生往往把日常生活观测习惯带进实验室,而这些习惯往往比较粗劣。因此,在教学中必须注意随时纠正一些不正确的观测习惯,示范正确的观测方法,从正反两方面来强化教育,便可以收到事半功倍的效果。
一、什么是物理实验的观测能力
物理实验的观测能力,就是学生在物理实验过程中,依靠感官,借助于仪器,观察物理现象,测量物理讯息的能力。
物理实验的观测一方面依靠感官,另一方面则是借用和发挥物理仪器的作用。而物理仪器是“物化”了的物理知识,即凝结着大量人们已经掌握的概念和理论。从这个意义上说,物理实验的观测力既包含着人的感官的感知能力,又包含着使用仪器所必需的思维能力。也就是说,观测能力是一种心理素质,一种技能。在观测过程中,它交织着感官的感知和大脑的思维,或者说,它是一种思维的感知。
二、培养实验观测力的重要性
物理仪器在实验过程中,一般说来有如下功能:一是激发,解离自然物或自然过程。例如阴极激发高速电子流,产生浅绿色的射线。二是分析和选取物理讯息。例如用棱镜把光分成光谱线。三是显示、记录、测定讯息。例如用照相底板摄取光谱并进行谱线波长测定。
实验观测的基本任务就是合理地、充分地发挥仪器的功能,观察物理现象,在仪器精度范围内测准物理讯息。要顺利完成这个任务首先必须正确安装、调整仪器。而即使最粗略最简单的要求,如让仪器整体处于垂直或水平状态;处于同地磁场平行或垂直的状态;仪器各部件的固结、稳定、等高、同轴等等都必须由感官来判断、试探和估量;其次,实验过程中,仪器运转是否正常,物理过程及其现象是否按预期的出现,必须随时观察和监视;最后,仪器显示的物理讯息,必须充分调动各器官的注意力,机敏的反应,最佳的分辨本领,进行准确的测定和记录。特别是任何预先计划周密的物理实验,终究不能把复杂的自然联系包括无遗,它难免会出现“意外”的现象,伴随新的效应。历史上一些重大的发现,如奥斯特发现电流磁效应,伦琴发现X射线;以及光电效应,莱塞的发现,都是物理学家从“反常”现象和衍生效应的观测得到的。因此,加强观测能力的培养,对于切实掌握物理实验这种认识手段,深入认识物理现象及其规律是极为重要的。
三、观测能力训练的内容和要求
综上所述,观测能力包括感知能力和思维能力两个方面,因此,观测能力的训练,相应的包括了感官的训练和思维的训练两个方面,而根据物理实验观测的基本任务和要求,可以进行如下的训练。
(一)感官的训练
1.“重合”和“对称”的判断。“重合”就是用眼睛判断被观测对象,如干涉条纹、指针等同定位标准对齐或重叠。“对称”指用眼睛判断在中位线的两侧的间隔,具有对称或等距的感觉。重合和对称的判断,在一切具有指针度盘的仪器上,运用最普遍,因而这种训练也最基本、最重要。
2.在视觉方面。对于可见光不同颜色的大体辨别。
3.在听觉方面。能比较出声强的相对变化。能感知由于两个频率相近的振动叠加所引起的拍。
4.熟悉实验中常遇到的一些声响。例如蜂鸣声的声音,这是为了保护仪器特设的警戒;电器中的交流电、电视、气泵以及断续器正常与异常运行时的声响。
5.在触觉方面。主要训练手指,使之能够辨别螺旋或旋钮的松紧状态;能够自觉用适中的力扭动螺旋或旋钮,用适中的力与速度按动按钮等。
(二) 思维的基本训练
1.依靠思维指挥个中感官的协调活动。就简单的单摆实验来说,要测准摆动周期,必须用眼睛盯准摆同平衡位置重合的时刻,同时用手指按动秒表;用嘴巴念出摆动的次数,耳朵监听自己的念数;在摆最末一次通过平衡点时,迅速制动无误,有时要求先后有序。它们是相互制约、协调进行的。要做到这一点,有赖于思维对物理过程各因素内在联系的把握,并据此指挥和协调各器官的活动。
2.抽象能力的训练。为使观测过程自觉性强,目标明确,实验者必须有如下的抽象能力。他要了解实验所依据的基本现象和基本规律是什么。物理仪器和操作程序如何具体体现这些现象和规律,或者相反,他必须知道仪器面盘上的旋钮、指针、度盘及其他形式显示器所发生的变动、所显示的数据,意味着什么实际过程和怎样的因果关系。
用杨氏双缝干涉实验获得干涉条纹,必须了解产生稳定干涉的条件。为了得到这些条件,仪器是怎样提供相干光源,单缝有什么作用?双缝又有什么作用?干涉条纹的疏密,收缩和扩张,各反映着什么因果关系?即干涉条纹如何随入射角、光程差而发生变化?只有他能够把理论的东西化为具体的操作,有能够透过具体现象理解过程的本质,他才能更有目的地进行观察,更自觉而正确地进行测量。
3.分析和综合的能力。对于未知现象,或者对于某种讯息,为了观察并弄清它们产生、消失的条件与原因,必须学会分析与综合。即在观测中,使某些因素固定不变,而变更另外一二个因素,观察这个现象或学习,是否随之产生或消失,增强或减弱,以及这些关联在量上的反映。然后又转而逐一寻找其他因素的影响,像这样逐条逐层地探索就是分析。经过分析得到了各方面关系之后,要能够进一步把各方面的关系综合起来,对于整个现象、整个过程做出判断、得出结论,并进而指导更深入更全面的观测。
在物理实验教学中,进行观测能力的培养和训练,以下几点是值得注意的:
1.必须在整个教学过程中,有计划地逐步地训练和培养,对每一个实验题目,都必须确定感官训练和思维训练的具体内容,有意识地在教学过程中进行训练。
2.教学过程是把人类长期积累起来的间接经验和技能,以短捷的方式传授给下一代。因此,感官和思维的训练,必须强调教师的讲解和示范,不能因防止教师包办代替而取消了必要的讲解与示范。
3.实验观测与日常生活中的一些观测有密切联系。例如日常生活中使用电灯、收音机、电视机和在实验时使用的电源、示波器;日常观看钟表;日常生活中借助于眼镜、望远镜进行观察,和实验时使用光学仪器,都有一些共同之处。学生往往把日常生活观测习惯带进实验室,而这些习惯往往比较粗劣。因此,在教学中必须注意随时纠正一些不正确的观测习惯,示范正确的观测方法,从正反两方面来强化教育,便可以收到事半功倍的效果。