隨著素質(zhì)教育的不斷深化，對學(xué)生自主性學(xué)習(xí)及創(chuàng)新意識的培養(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)實驗，已跳出課堂安排的學(xué)生實驗，要求學(xué)生能熟練掌握基本測量儀器的使用，較深刻地理解實驗原理，尤其是在自我設(shè)計完成實驗的過程中，要求科學(xué)合理及可操作性。這對學(xué)生而言，綜合所學(xué)知識，完成測量等任務(wù)，最終達到實驗?zāi)康?，同時對實驗的構(gòu)想、操作也要能清晰地用文字反映出來。力學(xué)實驗中，涉及的范圍廣，使用的基本儀器多，熟悉各物理之間的關(guān)系及各測量器材的使用是完成自主性實驗的關(guān)鍵，而加強思維、設(shè)計正確的實驗方法是完成自主性實驗的保證。下面談?wù)剮追N設(shè)計自主性學(xué)生實驗的方法：

一、以多測少，以少測多

所有測量儀器，都有一個測量范圍和最小刻度值，當被測量對象大于儀器的測量范圍時，已不可能進行一次性測量，而分次測量必定要使誤差增大。當被測量的對象小于儀器的最小刻度值時，測量不出一個有效的數(shù)據(jù)而無法得出較準確的實驗結(jié)果。遇到這種情況，就要采取“縮小”即以少測多，或“放大”即以多測少的方法。具體實驗時，要注意：

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

2．“放大”或“縮小”后的測量對象，應(yīng)滿足測量器材的要求。即小于儀器測量范圍而大于測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：測一枚硬幣的厚度時，就可用10枚相同硬幣地疊放，但要測量一張紙的厚度時，測量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)取幾十張紙疊放測量才有效。要指出的是，在采用“以多測少”時，實際上是提高了測量儀器的測量精度。如：一把刻度尺最小刻度值是1mm，若采用“放大”10倍測量時，實際上是使測量精度提高到能測量0．1mm的物體長度，因此在記錄最終實驗結(jié)果時，要注意有效數(shù)。

二、“比較法”進行測量

當測量器材不足以直接測量時，可采用類比的方法，即用“比較法”去測量。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”測量。通常初中物理力學(xué)測量密度等實驗中，最常用的參照物對象就是水的體積、水的密度等。例如：只提供量筒和適量的水怎樣測出橡皮泥、小酒杯的密度？對于這兩個問題相當一部分同學(xué)只知道如何測量小酒杯的密度，而不會測量橡皮泥的密度。其實稍加比較就可以看出兩題形異質(zhì)同：（1）測量的工具均為量筒；（2）所使用的液體都是水；（3）待測物體的物質(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

當測量器材無法直接測量時，就要設(shè)法用可以直接測量的物理量來取代不能直接測量的物理量。采用此方法時，唯一要注意的是直接測量的與不能直接測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，也就完成了實驗的設(shè)計。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”的思想是物理實驗成功的最根本、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)點的。例如：測量固體的體積，在有量筒或量杯時，可采用“排液補差”法直接測量。但沒有量筒或量杯時，對于規(guī)則物體可用刻度尺去測量它的幾何尺寸，再進行體積計算，對于不規(guī)則的物體，可用彈簧秤和水，通過測量浮力大小，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。因此熟悉各個物理量原理是用好“等量替代”法進行自主性實驗設(shè)計的關(guān)鍵。

在具體設(shè)計實驗的過程中，實驗步驟必須具有可操作性和科學(xué)性，并能力求減少實驗的誤差，步驟設(shè)計也應(yīng)力求簡單而合理。例如：在使用“排液法”測量物體的體積時，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量質(zhì)量”和“燒杯裝滿水，用天平測量”等等此類的語言來反映實驗過程，這些都不科學(xué)，也不便于實際操作，因此不能出現(xiàn)在實驗步驟中。上述的不科學(xué)性在于把量筒的功能誤認為與容器的功能相同。

正確的步驟應(yīng)是有利于實驗的測量，有利于減少實驗的誤差。例如：測量液體的密度時使用天平和量筒、盛液體的燒杯，其步驟應(yīng)先測量杯子質(zhì)量還是先測量杯子和液體的質(zhì)量？盡管所使用的原理都是“補差法”，但對照量筒中液體的體積，就應(yīng)該先測量燒杯和液體的質(zhì)量，再測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，有利于減少實驗的誤差。

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)的實驗過程中，都運用了“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)用提供了很好的機會。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”等實驗過程中都用到了這一科學(xué)方法，使學(xué)生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應(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？對于這一道習(xí)題，初看起來似乎有一定的難度，因為這樣簡短的一句話中包含了四個相互關(guān)聯(lián)的物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時分析其它三個物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對它的綜合影響，如果沒有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個實際問題，不僅費時費力，且準確率不高，但如能對學(xué)生加以恰當?shù)囊龑?dǎo)，讓他們考慮是否可用物理實驗中常用的科學(xué)方法來解決這道實際問題，經(jīng)過思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)便會想到用“控制變量法”結(jié)合公式Q＝cmΔt來解決這個問題，思路是這樣的：因為這個問題要解決的是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。