高考实验设计型命题的求解策略
所谓设计性实验,是指根据现行物理大纲要求,在学生掌握的基本实验原理基础上,应用基本测量仪器自行设计实验方案的实验,设计性实验命题的考查内容,涉及到对实验原理的再认识和加工,实验方案的确定(包括实验器材的选择和迁移运用,实验步骤的安排 ,实验数据的处理方法,误差的分析及对实验的总结和评价等).
考生在应试过程的缺陷通常表现在以下几个方面:
一方面:平时缺乏对实验思想方法(如模拟法,转换法,放大法,比较法,替代法等)进行归纳,在全新的实验情景下,找不到实验设计的原理,无法设计合理可行的方案.
另一方面:受思维定势影响,缺乏对已掌握的实验原理,仪器的使用进行新情境下的迁移利用,缺乏创新意识.
实验设计的基本方法
1.明确目的,广泛联系
题目要求测定什么物理量,或要求验证、探索什么规律,这是实验的目的,是实验设计的出发点.实验目的明确后,应用所学知识,广泛联系,看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过,与哪些物理现象有关,与哪些物理量有直接的联系.对于测量型实验,被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示;对于验证型实验,在相应的物理现象中,怎样的定量关系成立,才能达到验证规律的目的;对于探索型实验,在相应的物理现象中, 涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的,以此来确定实验的原理.
2.选择方案,简便精确
对于同一个实验目的,都可能存在多种实验原理,进而形成多种(可供选择的)设计方案.一般说来,依据不同的实验原理选择不同的实验方案主要遵循四条原则:
(1)科学性:设计的方案有科学的依据和正确的方式,符合物理学的基本原理.
(2)可行性:按设计方案实施时,应安全可靠不会对人身、器材造成危害;所需装置和器材要易于置备,且成功率高.
(3)精确性:在选择方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的方案.
(4)简便、直观性:设计方案应便于实验操作,读数,便于进行数据处理,便于实验者直观、明显地观察.
3.依据方案,选定器材
实验方案选定后,考虑该方案需要哪些装置,被测定量与哪些物理量有直接的定量关系,分别需用什么仪器来测定,以此来确定实验所用器材.
4.拟定步骤,合理有序
实验之前,要做到心中有数:如何组装器材,哪些量先测,哪些量后测,应以正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤.
5.数据处理,误差分析
常用的数据处理方法(如:平均法、图象法、描迹法、比较法等)和误差分析方法(如绝对误差、相对误差等)是应该掌握的,在设计实验时也应予以考虑.
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