摘 要：在物理教育中，大學(xué)物理教學(xué)普遍對于誤差的重視度較高，而中學(xué)物理實驗因為相對比較簡單，實驗的精確度要求較低，所以一般不重視誤差。其實，在中學(xué)物理實驗教育中，誤差的分析能夠有效地提高學(xué)生對于實驗本身的掌握，強化嚴謹?shù)膶嶒灳?，形成從多角度判斷實驗結(jié)果的意識與能力。對此，本文以多個物理實驗為例，探討誤差分析對中學(xué)物理實驗教學(xué)的幫助和提升。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；誤差；教學(xué)幫助；提升

一、 引言

從實驗的角度來說，誤差的來源分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差，這一種誤差只能夠盡可能控制到最低，但是無法消除。對此，誤差本身是絕對存在的，對于誤差的分析同樣應(yīng)當(dāng)是物理實驗教學(xué)中必然可以開展的內(nèi)容，許多的重要發(fā)現(xiàn)都需要借助對誤差的形成因素、誤差大小等進行分析從而總結(jié)得出。對此，探討誤差分析對中學(xué)物理實驗教學(xué)的幫助和提升具備顯著教育意義。

二、 借助誤差分析，提高實驗方案的理解

下面以平拋運動作為研究案例。在借助實驗的方式探討平拋運動的垂直方向運動是否為自由落體運動時，許多的學(xué)生都會提出關(guān)于“對比”的實驗研究方式，也就是讓兩個相同質(zhì)量的小球從同一個高度，分別做自由落體運動與平拋運動，并從看或聽的方式對比兩個小球哪一個先落地。但是，在開展這一個實驗的過程中，有一些教師會使用平拋豎落儀有許多的演示實驗中雖然學(xué)生認為聽起來兩個小球是同時落地，但是也會有學(xué)生認為好像不是同時落地，甚至有些學(xué)生聽出落地時間存在明顯差異。在課堂當(dāng)中曾做過這樣一個實驗“讓兩個小球以1.5m的高度分別釋放，但是釋放時兩個小球的高度差約為5cm，實驗的結(jié)果仍然有學(xué)生認為是同時落地”。通過這一種簡單的實驗，便可以發(fā)現(xiàn)自由落體運動的規(guī)律雖然可以計算，但是兩個小球仍然可能存在落地誤差，導(dǎo)致實驗的誤差較為明顯。對此，便可以讓學(xué)生進行分析，探討實驗是否存在錯誤，如果不存在錯誤那么應(yīng)當(dāng)如何改進。通過討論后，學(xué)生一致認同實驗方式無錯誤，其主要問題在于通過聽的方式無法做出準(zhǔn)確的判斷，仍然認同對比實驗方式。對此，便需要對實驗方案進行改變，在教師的引導(dǎo)之下，最終決定采用攝像機或頻閃相機的方式進行觀察，在科學(xué)手段之下最好的還原實驗過程，讓學(xué)生從畫面的定格中明確實驗結(jié)果，不僅提高實驗嚴謹性，同時還可以間接提高學(xué)生對于實驗的掌握、改進能力。

三、 通過誤差分析，優(yōu)化實驗態(tài)度

下面以力的合成作為研究案例。在分析不在同一條直線上的兩個力的合成規(guī)律的時候，一般是以嘗試以虛線的方式將合力的箭頭端分別和兩個分力的箭頭端連接起來，并從中進行探索和分析。在通過繪畫之后，會得出一個較像平行四邊形的圖形，這也間接提示學(xué)生采用平行四邊形的方式可以用于合力的求證。

在教學(xué)過程中，因為一般無法直接證明在連接線之后的圖形是否是平行四邊形，所以一般會提出讓學(xué)生將兩個分力以鄰邊的方式作平行四邊形，并觀察其所呈現(xiàn)的夾角線是否和合力相重合。但是，在實際的操作過程中發(fā)現(xiàn)兩者之間仍然存在偏差，許多學(xué)生會下意識認為這一種偏差是誤差，同時也有學(xué)生提出在連接線后所呈現(xiàn)的圖形并不是平行四邊形，對此，這也就提供了一個研究問題。對于這一現(xiàn)象，其主要有兩種可能，一種是誤差，另一種是本身就錯誤。如果是誤差，便需要考慮系統(tǒng)誤差或偶然誤差，考慮到偶然誤差的特征，先將學(xué)生劃分為多個小組，并讓一半的小組在實驗當(dāng)中確定兩個分力的夾角成銳角，另一半的小組中兩個分力的夾角為鈍角，最終結(jié)果并不統(tǒng)一，有合力在對角線左側(cè)的，同時也有右側(cè)的。通過分組實驗以及最終統(tǒng)計結(jié)果，最終提出關(guān)于力的合成可以遵循平行四邊形法則，實驗中的偏差現(xiàn)象是因為偶然誤差而導(dǎo)致的，并且可以進一步地提出關(guān)于“科研人員在實驗中會對誤差實行定量分析，從而確定這一誤差是否屬于實驗偶然誤差，從而在下結(jié)論時更有確定性”。通過這樣的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗態(tài)度，促使學(xué)生意識到任何簡單實驗都不能通過幾次研究而直接獲得結(jié)論，而是需要不斷地嘗試與探索才行。

四、 應(yīng)用誤差分析，使實驗數(shù)據(jù)更加精確

下面以氣體的等溫變化為例進行探討。在討論到一定量氣體的等溫變化規(guī)律的過程中，當(dāng)前許多的教師都是以開展DIS實驗為主，氣體的壓強可以借助壓強傳感器的方式進行測量，氣體本身的體積可以通過注射器當(dāng)中的刻度直接度數(shù)。那么這也就形成一個問題，對于所采集到的數(shù)據(jù)，一般是以先作P-V的圖像，之后結(jié)合P-V圖像實行進一步的P和V的可能性關(guān)系，并再作P-1/V的圖像驗證猜想的關(guān)系。實驗當(dāng)中所作的P-1/V的圖像一般在線性度方面比較高，但是不通過原點學(xué)生通過定性分析之后可以發(fā)現(xiàn)，在溫度達到一定量時，如果1/V=0，那么V應(yīng)當(dāng)為無窮大，此時的氣體已經(jīng)相當(dāng)稀薄，并且壓強P應(yīng)當(dāng)為0。對此，實驗當(dāng)中P-1/V圖像無法通過原點則應(yīng)當(dāng)是因為誤差所導(dǎo)致的。在對整個實驗分析之后認為，其主要是沒有考慮壓強傳感器和注射器之間的軟管中氣體的體積，在分析后認為這一部分的體積應(yīng)當(dāng)是1cm3左右。通過對原本數(shù)據(jù)的修改，再次作P-1/V圖像雖然也不完全通過原點，但是和之前相比與原點的距離更近。對此，便可以明確之前的猜想，同時也提高了學(xué)生對于實驗中誤差的理解與認識，提高學(xué)生實驗?zāi)芰Α?/p>

五、 結(jié)語

綜上所述，中學(xué)物理是一門基礎(chǔ)性的課程，對于實驗的誤差分析在整個教學(xué)過程中的重要性相當(dāng)明顯，其不僅是一種科研探討能力的培養(yǎng)措施，更是一種態(tài)度、精神的培養(yǎng)措施。在今后的物理教學(xué)過程中，不能忽略對于誤差的分析，教師應(yīng)當(dāng)將誤差本身作為實驗中重要的教學(xué)因素之一，從而推動實驗教學(xué)質(zhì)量得到提高。

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作者簡介：

黃首義，福建省三明市，尤溪五中。endprint