物理是一门实验科学，物理学的绝大部分概念和规律，都来自于实验或者可以通过实验来验证。在物理学习的过程中，充分发挥实验的作用，可以帮助我们更好地理解物理知识的本质。

物理实验是自然现象在特定条件下的再现，要保证实验的成功，关键在于控制实验条件，突出主要矛盾，将不必要的现象屏蔽掉或者将其影响减弱到最低限度。这就需要对实验是否能够得到预期的效果进行考量，对如何进行实验进行设计。

下面以高一物理《牛顿第一定律 惯性》一节课为例，对其中的几个实验的处理谈一些自己的想法。

实验一：伽利略理想实验

伽利略的理想实验是一个非常重要的实验，是每一个讲授《牛顿第一定律》的教师都不能绕开的实验。但这个实验在平常的教室中是无法做出来的，是伽利略充分利用推论开展研究的一个成果。

图1 伽利略的理想实验

随着多媒体技术的普及，物理教师在讲述这个实验的时候，通常都采用flash动画的方式，展现不同斜面物体运动的特点，得出如果是一个光滑的水平面，物体将一直运动下去，不需要外力来维持的结论。有的老师还注意分析了本实验过程所包含的经验事实和推论。其中经验事实是：两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；相关的推论有：①如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度；②减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度；③继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持续的匀速运动。

这样的分析，都是基于理性层面的，对于高一学生来说，听起来依然比较累。能否先做一个实验，直观地让学生对自己的经验做出一个判断，然后再引导学生采用推理的方式理解伽利略的思考过程？我在听课的过程中，看到一位教师做了如下的工作：

用U型的铝合金制作一个对接的斜面，在两个斜面等高且接近斜面顶端的位置分别打上一个孔。将这个装置放在实物投影上时，两边的小孔因为透光，在大屏幕上留下了明显的标志。将一个小球放在斜面的一端有小孔的位置，屏幕上观察到小孔被堵住，然后由静止释放小球，能在屏幕上清晰地看到小球运动的过程，以及小球到达另一端几乎也能挡住另一侧小孔的情景。在这个基础上，老师开始引导学生推理：两边的高度略有差异，原因何在？如果没有摩擦，你认为小球应该到达什么位置？伽利略也做了类似的推理，我们通过电脑模拟来看一看……

显然，学生已有的生活经验，通过老师的导入性实验，得到了很好的验证，也激发了孩子们的兴趣，这为后续的教学奠定了良好的基础。

实验二：气垫导轨实验

在没有阻力的时候，物体是否做匀速直线运动？这是伽利略的理想实验之后可能产生的一个疑问。课本上介绍了用气垫导轨来进行验证的实验。其基本的想法是：让气体将垫块悬浮起来，给垫块一个初速度，它就会按照这个速度一直运动下去，导轨的两端有弹性很好的弹簧，能够使垫块反向运动而不损失能量。

图2：气垫导轨试验装置

我看到有两个老师采用课本上的这个实验来向学生验证这种无阻力时的匀速运动。两个老师都采用了非常精确的测量工具——光传感器，在导轨上安装了两个传感器，测量垫块的速度，并在大屏幕上直接显示测量的结果。其中一个老师显示的是不同时刻垫块的速度值，这些数值分别是：向右运动：2.4、2.3，向左运动：1.9、1.8，再向右运动：……这两组数据给了我们什么样信息：垫块向同一个方向运动时，速度就是在不断减小的，垫块虽然有气体悬浮，但各处气体并不是非常稳定的，这给垫块的运动带来很多扰动，这些扰动可能就是阻力产生的缘由；垫块每碰撞一次导轨两端的弹簧，能量就损失很多，这也是一个很正常的结果。另一个老师更复杂，用速度图线来表达实验结果，还要让学生再将图线翻译成数据，才能做出判断。不过，两个老师得出的结果是一样的。

这个实验在说明有阻力情况下物体的速度在不断地减小这个结论时，是很有说服力的，但要说明无阻力时的匀速运动，显得很牵强。换句话说，尽管运用了气垫导轨，减小了垫块和导轨之间的滑动摩擦，但又有了新的阻力，实验并没有消除这个因素的影响。学生还是要通过推论的方式，才能够得到没有阻力时的可能运动。也就是说，做了半天实验，其结果和前面的伽利略理想实验的推论效果是一样的。

我个人认为，这个实验本身设计的就不够好，一是阻力难以消除，二是导轨的长度有限，不断的往返使得速度的衰减非常明显，三是采用的测量工具太精确，和粗糙的实验装置不匹配。这是这三个因素，导致了实验的效果不好。很奇怪的是，两位上课的老师，都说垫块的运动可以近似地看作匀速直线运动，这可能是为了体现自己忠实教材。从“教教材”到“用教材教”，要从内心中体会到这种变化，课程改革才算真的深入人心了。

实验三：吹乒乓球

课本上有一个学生活动，要求学生按照下图的办法来吹运动着的乒乓球，看能否将球吹入筒中，并解释其中的道理。

图3 吹乒乓球活动

看似一个简单的活动，如果不进行精心的设计，也得不到好的效果。

一位教师把这个实验设计成了两人一组的学生实验。他给每组学生一个斜面，一个乒乓球，一个比乒乓球直径略大一些的小烧杯。斜面做的和图片给出来的非常相似，很陡，将乒乓球放上去之后，由于斜面的倾角很大，球运动的很快，旁边的同学还没有来得及吹气，球就跑过并掉到地上了。还有，烧杯的口沿是向外弯曲的，平躺在桌面上的时候，口沿将杯口垫起了一定的高度，乒乓球就是吹倒的烧杯口的位置，也很难进去。学生在做这个实验的时候，只听得乒乓球此起彼伏的落地声和学生的喧哗声，但学生真切的感受并不多。

另一位老师将这个活动变成了一个演示实验。他特别注意斜面的倾角，只给了乒乓球一个很小的坡度，就能让它比较快的在木板上滚动。实验分两步进行：先请班级同学推选一个比较会“吹”的学生，让乒乓球静止在小筒前，用力将乒乓球吹进筒中；然后让乒乓球在木板上运动起来，让这位同学想一个办法，依然将球吹进去。第一步的实验非常简单，第二步的实验，学生想出了一个办法，斜向吹乒乓球，而且位置选的也很恰当，也将乒乓球吹了进去。老师让他分析为什么要这样“吹”，大家也一道帮着解释，很快就把这个问题说清楚了。

是不是每个实验都要让学生亲身体验一下？这个案例还告诉我们，有的时候，学生参与的演示实验比学生亲自动手去做的实验更能得到好的效果。