關于“數字仿真實驗”變革物理教學模式探索研究

【摘 要】隨著新課改的不斷深入，許多新的教學手段和方法被大膽采用和在教學中進行嘗試，為現代高中教學帶來了勃勃生機。仿真實驗作為一種有效的教學實驗手段在許多大學的物理教學中已經得到了廣泛地采用。但這種有效的教學手段在高中并沒有得到重視和應用。

【關鍵詞】仿真試驗室 物理教學

建構主義“認知工具”理論認為，學習是以思維為中介的，為了更直接地影響學習進程，應減少一直以來對傳遞技術的過分關注，而更多地關心在完成不同任務中如何要求學習者思維的技術。認知工具理論就是在這種基礎上應運而生的。認知工具是支持、指導、擴展學習者思維過程的心理或計算裝置。前者存在于學習者的認知、元認知策略；后者則是外部的，包括基于計算機的裝置和環境；它們都是知識建構的助成工具。隨著計算機在教學領域中的普及，計算機輔助教學日益得到了重視。其中又以“仿真物理實驗室”為代表的虛擬實驗以其無可比擬的優勢為物理教學帶來了新的變革。以多媒體教學技術和網絡技術為核心的現代信息技術成為最理想、最實用的認知工具。課程整合中，強調信息技術服務于具體的任務，學生以一種自然的方式對待信息技術，把信息技術作為獲取信息、探索問題、協作解決問題的認知工具，并且對這種工具的使用要像鉛筆、橡皮那樣順手、自然。要培養學生學會把信息技術作為獲取信息、探索問題、協作討論、解決問題和知識構建的認知工具，將信息技術作為演示工具、交流工具、個別輔導工具、情境探究和發現學習工具、信息加工與知識構建工具、協作工具、研發工具、情感激勵工具等。

我們在過去的教學實踐中更多地考慮如何將信息技術與教學過程結合起來，改變傳統的“教”的方式，這對于推動新課改，提高物理教學方法和手段起到了極大的促進作用。但我們也往往忽略了學生“學”的過程是否也需要這種改變；我們往往重視在課堂上如何實現這種轉變，往往忽略了課后，如何能使學生保持探究的熱情和養成物理素養。正是基于這種出發點，我們嘗試在以往的將信息技術有機地融入到物理教學過程中的基礎上，將仿真實驗直接用于學生學習過程中，支持物理的教與學，實現有效的整合。把提高學生的學科素養作為整合的主要目標之一，在整合中讓學生的信息素養及其它能力自然得到提升作為探索的目標。創造一種符合現有國情的將虛擬實驗和數字化實驗室有機結合的現代物理教育創新之路。

一、仿真實驗的優勢

現代教學理念認為，教學活動應當以課堂為主體，但課堂不是教學過程的全部而是教學活動的開始。對于物理教學也是這樣，真正有效的教學活動能把教學過程一直延伸到課后，使學生在動手動腦的過程中產生對學習探究物理課程的興趣。因此，我們應當有計劃引導學生在課后有意識的對教學內容作進一步的思考和討論的習慣。一種行之有效的手段就是給學生們提供一個可以利用的環境，并且這個環境應具有便捷、易用、有趣味性等特點仿真實驗為我們提供了一個開放性的教學實踐平臺，從某種意義上說，借助學科性多媒體輔助教學網站的建設，數字化學習資源庫、智能化模擬演示庫、互動交流協作學習網絡的形成，已經擦去了課內課外的分界線。所以，學生的學習過程已不再是單純的以掌握知識為目的，而是在學習的過程中得到科學的素養，掌握科學的方法。

二、采用虛擬實驗變革學生學習方式的具體措施

隨著信息化技術的發展，現在已經有了許多現成可用的專業化軟件。值得一提的是采用專業軟件實現課件的制作的便捷性和科學性。并且隨著教學方式的發展，現在已經有相對多地專業教育教學平臺。我們不需要從頭設計一個課件，只需要在專業平臺上搭建我們所需要的內容，就可以很容易的形成一個我們所需要的課件。

經過實驗班和普通班的對比實驗，我們發現這種教學手段有利于激發學生的學習興趣，在不同層次的學生身上都有較好的表現，所表現出來的熱情和討論結果的豐富性明顯優于傳統在學校實驗室的學生實驗。利用軟件不僅可以仿真真實的實驗還能完成一些理想實驗和學生自創的實驗。比如我曾經給學生出的家庭作業時讓學生自編一道關于動量守恒的習題，動量守恒的相關內容在高中的物理教學中是重點也是難點。有一個典型的物理模型：一個平板，質量M1，初速度V1；平板上放有一個木塊，質量M2，初速度V2；木塊與平板間的摩擦系數為μ。

用《仿真物理實驗室》很容易建議起這個物理模型，只需要花幾分鐘的時間。首先從“創建模板”中創建平板，然后再創建一個木塊放在平板上。

上課時，演示這個課件既可以讓學生看到物理過程，又可以用數據對這個物理過程進行分析。然后讓學生來動手搭建類似的物理模型，使學生在輕松娛樂的過程中自主的學習物理。

另外，對同一個課題，學生往往可以設計出不同的解決方案，并且得出相應的結論。整個這個過程極大的調動的學生求知欲和探索精神，也符合現代學生強烈的表現欲和獨立性的心理特征，對于學習興趣的培養和科學素養的提高都具有積極的意義。

三、采用新的實驗方法需要解決的問題和解決的方法

傳統的多媒體教學方式局限在將動畫課件整合到一起，仍然以教師講授學生聽授學習為主的授課方式。學生在學習過程中缺乏交流和實踐；采用虛擬實驗技術可以增強可學習過程的互動性，

所以我們通過課題研究，試圖探索出如何在課程整合中為學生構建一個自主學習和探究性學習的環境，如何在課程整合中提高學生的信息素養、創新能力、自主學習能力、探究性學習能力、以及協作精神和合作意識。

任何實驗方案必須具有可操作性，缺乏可操作性的整合方案注定是無源之水，無本之木。所以，物理課程與信息技術整合的方案必須與實際教學聯系起來，可供操作是提出整合方案的前提。通過實踐我們發現解決這種問題的方法和途徑也很簡單：對學生進行適當的培訓是他們在短期內有針對性地提高相應的信息技術能力，高中學生開設有信息技術課程，所以他們對于一般簡單的計算機操作都有一定的基礎。

【參考文獻】

[1] 《現代教育技術與創新人材培養》，2011.

[2] 《構建基于WEB的虛擬實驗室》，2010.