隨著素質(zhì)教育的不斷深化，對(duì)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，已越顯重要。近幾年來的中考試題中關(guān)于力學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，已跳出課堂安排的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能熟練掌握基本測(cè)量儀器的使用，較深刻地理解實(shí)驗(yàn)原理，尤其是在自我設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)的過程中，要求科學(xué)合理及可操作性。這對(duì)學(xué)生而言，綜合所學(xué)知識(shí)，完成測(cè)量等任務(wù)，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑫r(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的構(gòu)想、操作也要能清晰地用文字反映出來。力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，涉及的范圍廣，使用的基本儀器多，熟悉各物理之間的關(guān)系及各測(cè)量器材的使用是完成自主性實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，而加強(qiáng)思維、設(shè)計(jì)正確的實(shí)驗(yàn)方法是完成自主性實(shí)驗(yàn)的保證。下面談?wù)剮追N設(shè)計(jì)自主性學(xué)生實(shí)驗(yàn)的方法：

一、以多測(cè)少，以少測(cè)多

所有測(cè)量儀器，都有一個(gè)測(cè)量范圍和最小刻度值，當(dāng)被測(cè)量對(duì)象大于儀器的測(cè)量范圍時(shí)，已不可能進(jìn)行一次性測(cè)量，而分次測(cè)量必定要使誤差增大。當(dāng)被測(cè)量的對(duì)象小于儀器的最小刻度值時(shí)，測(cè)量不出一個(gè)有效的數(shù)據(jù)而無法得出較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。遇到這種情況，就要采取“縮小”即以少測(cè)多，或“放大”即以多測(cè)少的方法。具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意：

1．所測(cè)對(duì)象必須是“同類物質(zhì)”。例如：要測(cè)量一顆麥粒的質(zhì)量，顯然小于天平的最小刻度值而無法直接測(cè)量，這時(shí)就要測(cè)量幾十?；驇装倭Ｏ嗤柠溋Ｙ|(zhì)量，再如：用一把米尺測(cè)量兩地距離，顯然米尺不夠長，就可采用先測(cè)量正常行走的每一步長，再統(tǒng)計(jì)步數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)就要求步伐大小相等，即保持正常步行。

2．“放大”或“縮小”后的測(cè)量對(duì)象，應(yīng)滿足測(cè)量器材的要求。即小于儀器測(cè)量范圍而大于測(cè)量儀器的最小刻度值，也就是說要有一定的數(shù)量可改變。例如：測(cè)一枚硬幣的厚度時(shí)，就可用10枚相同硬幣地疊放，但要測(cè)量一張紙的厚度時(shí)，測(cè)量10相同張紙疊放的厚度就不行，根據(jù)每張紙的厚度，就應(yīng)取幾十張紙疊放測(cè)量才有效。要指出的是，在采用“以多測(cè)少”時(shí)，實(shí)際上是提高了測(cè)量儀器的測(cè)量精度。如：一把刻度尺最小刻度值是1mm，若采用“放大”10倍測(cè)量時(shí)，實(shí)際上是使測(cè)量精度提高到能測(cè)量0．1mm的物體長度，因此在記錄最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，要注意有效數(shù)。

二、“比較法”進(jìn)行測(cè)量

當(dāng)測(cè)量器材不足以直接測(cè)量時(shí)，可采用類比的方法，即用“比較法”去測(cè)量。采用此方法的關(guān)鍵在于要找好“參照物”，歷史上有名的“曹沖稱象”就是最典型的“比較法”測(cè)量。通常初中物理力學(xué)測(cè)量密度等實(shí)驗(yàn)中，最常用的參照物對(duì)象就是水的體積、水的密度等。例如：只提供量筒和適量的水怎樣測(cè)出橡皮泥、小酒杯的密度？對(duì)于這兩個(gè)問題相當(dāng)一部分同學(xué)只知道如何測(cè)量小酒杯的密度，而不會(huì)測(cè)量橡皮泥的密度。其實(shí)稍加比較就可以看出兩題形異質(zhì)同：（1）測(cè)量的工具均為量筒；（2）所使用的液體都是水；（3）待測(cè)物體的物質(zhì)密度均比水大。如果把橡皮泥做成杯狀或管狀或碗狀，那么問題就迎刃而解了。

三、等量替代原理

當(dāng)測(cè)量器材無法直接測(cè)量時(shí)，就要設(shè)法用可以直接測(cè)量的物理量來取代不能直接測(cè)量的物理量。采用此方法時(shí)，唯一要注意的是直接測(cè)量的與不能直接測(cè)量的物理量之間要有內(nèi)在的聯(lián)系，找到這種內(nèi)在的聯(lián)系，也就完成了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。內(nèi)在的聯(lián)系一般可從數(shù)學(xué)和物理兩方面去找。例如：根據(jù)D＝2πR，可測(cè)量出圓周長從而得出圓半徑，這就是利用數(shù)學(xué)關(guān)系得出周長與半徑的關(guān)系，又如：利用G＝mg的關(guān)系，用彈簧秤就可以間接測(cè)量物體的質(zhì)量，這就是利用物理關(guān)系得出重力與質(zhì)量的關(guān)系，通過彈簧秤測(cè)量出重力而間接得出物體的質(zhì)量。

可以說“等量替代”的思想是物理實(shí)驗(yàn)成功的最根本、最重要的思路。物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。例如：測(cè)量固體的體積，在有量筒或量杯時(shí)，可采用“排液補(bǔ)差”法直接測(cè)量。但沒有量筒或量杯時(shí)，對(duì)于規(guī)則物體可用刻度尺去測(cè)量它的幾何尺寸，再進(jìn)行體積計(jì)算，對(duì)于不規(guī)則的物體，可用彈簧秤和水，通過測(cè)量浮力大小，結(jié)合阿基米德原理F浮＝ρ液gV排（全部浸沒），得出V排＝F浮／ρ液g等方法。因此熟悉各個(gè)物理量原理是用好“等量替代”法進(jìn)行自主性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在具體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)驗(yàn)步驟必須具有可操作性和科學(xué)性，并能力求減少實(shí)驗(yàn)的誤差，步驟設(shè)計(jì)也應(yīng)力求簡單而合理。例如：在使用“排液法”測(cè)量物體的體積時(shí)，要寫明“量筒內(nèi)倒入適量的水”，其中“適量”的含義就是既能將待測(cè)物體浸沒而又不超過量筒的量程。再如：有些學(xué)生喜歡用“將量筒置于天平上測(cè)量質(zhì)量”和“燒杯裝滿水，用天平測(cè)量”等等此類的語言來反映實(shí)驗(yàn)過程，這些都不科學(xué)，也不便于實(shí)際操作，因此不能出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)步驟中。上述的不科學(xué)性在于把量筒的功能誤認(rèn)為與容器的功能相同。

正確的步驟應(yīng)是有利于實(shí)驗(yàn)的測(cè)量，有利于減少實(shí)驗(yàn)的誤差。例如：測(cè)量液體的密度時(shí)使用天平和量筒、盛液體的燒杯，其步驟應(yīng)先測(cè)量杯子質(zhì)量還是先測(cè)量杯子和液體的質(zhì)量？盡管所使用的原理都是“補(bǔ)差法”，但對(duì)照量筒中液體的體積，就應(yīng)該先測(cè)量燒杯和液體的質(zhì)量，再測(cè)量倒出適量液體后的質(zhì)量，這樣兩者之差就是從燒杯中倒出的液體質(zhì)量，而此時(shí)量筒內(nèi)液體的體積也就是杯子倒出的液體的體積，有利于減少實(shí)驗(yàn)的誤差。

四、控制變量法

在初中物理教學(xué)中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)過程中，都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法，用“控制變量”去分析和解決的實(shí)際問題是很多的，這就為這一科學(xué)方法的教學(xué)和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。如在引導(dǎo)學(xué)生探索“導(dǎo)電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān)，最終得出力的三要素”等實(shí)驗(yàn)過程中都用到了這一科學(xué)方法，使學(xué)生對(duì)“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達(dá)到有意識(shí)地去應(yīng)用的目的。

例如，有這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰的溫度升高較大？對(duì)于這一道習(xí)題，初看起來似乎有一定的難度，因?yàn)檫@樣簡短的一句話中包含了四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對(duì)它的綜合影響，如果沒有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個(gè)實(shí)際問題，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且準(zhǔn)確率不高，但如能對(duì)學(xué)生加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗(yàn)中常用的科學(xué)方法來解決這道實(shí)際問題，經(jīng)過思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)便會(huì)想到用“控制變量法”結(jié)合公式Q＝cmΔt來解決這個(gè)問題，思路是這樣的：因?yàn)檫@個(gè)問題要解決的是Δt（升高的溫度）的大小，所以先將此公式變成Δt＝Q／cm的形式，再分析題目發(fā)現(xiàn)，m（質(zhì)量）、Q（熱量）相同，即這個(gè)問題中Δt僅取決于c（比熱容），且從Δt＝Q／cm這一關(guān)系式中可以看出，Δt與c成反比，而水的比熱容大于煤油的比熱容，因此很容易得出這個(gè)問題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”。在初中物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問題還很多，這就為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問題提供了保證。