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摘 要：物理学是一门实验科学，而我们目前的物理教学，基本上是停留在关于物理学的知识系统的归纳和理论体系的阐述上，就连物理实验本身的教学，也是按教材的分析按部就班地进行纯理论的讲解，其弊端是显而易见的，如果考查的实验不是教材所限的实验呢？
关键词：物理；实验；教学
一、实验设计教学的必要性
上海考题第四（5）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验，但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验，无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕竟出现了。
著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”.这样培养选拔出来的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见.这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！
思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地.实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做。
二、实验设计的基本方法
1.明确目的，广泛联系
题目或课题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，在选择方案，简便精确。
对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案。教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种。那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：
（1）简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便，各量易测。应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案。
（2）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件。
（3）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的。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实验方案。
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。
三、注意减少物理实验中的误差
（1）减少环境误差。检查仪器的使用条件是否得到满足，如温度、压力是否符合要求，电磁场或光线有无干扰等，以及仪器设备使用状态是否满足设计要求，如水平、铅直、拉伸等状态是否调整好，光学仪器透镜器件等有否调整到共轴等高，电源电压供给是否达到要求值等。
（2）相对测量法。相对测量法是利用已知其精确数据的标准样品，在同样条件下与待测样品进行对比实验，这样做可以消去一些已知或未知的系统误差。光谱分析中，把样品的光谱、色度与标准谱、标准色相比较，从而找出样品的成分就是这种方法。
（3）直接替代法。直接替代法是直截了当地测定物理量的方法，如用天平测定质量，待测物A与平衡物B在天平上平衡，将砝码W替代A，重新达到平衡，W的质量即A的质量。不论天平等臂与否都可用。直接替代法的测量精确程度，取决于作为标准元件的准确度以及指示部件的分辨灵敏度。
（4）交替测量法。把测量对象的位置相互交替，是交替测量方法中的一种。使用等臂天平时的复称法也是位置的交替，以此消除天平的不等臂误差。 交替测量的一种。常见的反向操作有升温、降温，增大、减小电流。增强、减弱磁场，增、减外力，增、减亮度等。这种操作方法有利于消除一部分误差。
（5）补偿法。在验证牛顿第二定律这个实验中，为了补偿小车在木板上受到的阻力，在实验前将木板略微倾斜，使小车在不受拉力牵引时能在长木板上做匀速直线运动。 在用混合法测物质比热这个实验中，为了补偿损失的热量，常将平衡温度选择在环境温度以下。 1687年，牛顿为了解决两个悬挂球在平衡位置碰撞之前，从某一高度向下摆动时空气阻力的影响，采取了补偿的方法，将球多拉开一段距离。
（6）动态操作法。在测量中，动态测量往往比静态测量有更高的灵敏度。天平常用摆动法测量其停点，让光屏来回移动确定成清晰像的位置，都是动态操作的具体实例。卡文迪许用扭秤作万有引力实验时也利用了摆动的方法：让扭秤的臂杆处于静止状态，而使重锤摆动，用摆动法测定重锤的平衡位置，从而提高了测量的灵敏度。
重视课外实验，培养创造性思维能力。学生的课外实验（包括小制作），主要是以扩展知识面、发展创造力为主要目的。学生在课外实验中，不可能一帆风顺。教师要适当引导，不使他们过多地碰壁。但是，教师也不可包办代替，要让学生经受挫折，从中总结经验教训，不断改进实验，发挥学生的创造性，从而获得成功，这样将会增加学生学习的乐趣并得到更多锻炼。
关键词：物理；实验；教学
一、实验设计教学的必要性
上海考题第四（5）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验，但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验，无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕竟出现了。
著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”.这样培养选拔出来的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见.这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！
思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地.实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做。
二、实验设计的基本方法
1.明确目的，广泛联系
题目或课题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，在选择方案，简便精确。
对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案。教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种。那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：
（1）简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便，各量易测。应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案。
（2）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件。
（3）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的。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实验方案。
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。
三、注意减少物理实验中的误差
（1）减少环境误差。检查仪器的使用条件是否得到满足，如温度、压力是否符合要求，电磁场或光线有无干扰等，以及仪器设备使用状态是否满足设计要求，如水平、铅直、拉伸等状态是否调整好，光学仪器透镜器件等有否调整到共轴等高，电源电压供给是否达到要求值等。
（2）相对测量法。相对测量法是利用已知其精确数据的标准样品，在同样条件下与待测样品进行对比实验，这样做可以消去一些已知或未知的系统误差。光谱分析中，把样品的光谱、色度与标准谱、标准色相比较，从而找出样品的成分就是这种方法。
（3）直接替代法。直接替代法是直截了当地测定物理量的方法，如用天平测定质量，待测物A与平衡物B在天平上平衡，将砝码W替代A，重新达到平衡，W的质量即A的质量。不论天平等臂与否都可用。直接替代法的测量精确程度，取决于作为标准元件的准确度以及指示部件的分辨灵敏度。
（4）交替测量法。把测量对象的位置相互交替，是交替测量方法中的一种。使用等臂天平时的复称法也是位置的交替，以此消除天平的不等臂误差。 交替测量的一种。常见的反向操作有升温、降温，增大、减小电流。增强、减弱磁场，增、减外力，增、减亮度等。这种操作方法有利于消除一部分误差。
（5）补偿法。在验证牛顿第二定律这个实验中，为了补偿小车在木板上受到的阻力，在实验前将木板略微倾斜，使小车在不受拉力牵引时能在长木板上做匀速直线运动。 在用混合法测物质比热这个实验中，为了补偿损失的热量，常将平衡温度选择在环境温度以下。 1687年，牛顿为了解决两个悬挂球在平衡位置碰撞之前，从某一高度向下摆动时空气阻力的影响，采取了补偿的方法，将球多拉开一段距离。
（6）动态操作法。在测量中，动态测量往往比静态测量有更高的灵敏度。天平常用摆动法测量其停点，让光屏来回移动确定成清晰像的位置，都是动态操作的具体实例。卡文迪许用扭秤作万有引力实验时也利用了摆动的方法：让扭秤的臂杆处于静止状态，而使重锤摆动，用摆动法测定重锤的平衡位置，从而提高了测量的灵敏度。
重视课外实验，培养创造性思维能力。学生的课外实验（包括小制作），主要是以扩展知识面、发展创造力为主要目的。学生在课外实验中，不可能一帆风顺。教师要适当引导，不使他们过多地碰壁。但是，教师也不可包办代替，要让学生经受挫折，从中总结经验教训，不断改进实验，发挥学生的创造性，从而获得成功，这样将会增加学生学习的乐趣并得到更多锻炼。