“仿真物理實驗室”在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用

徐益勇

隨著社會進步，人們對于教育的研究和投入也在不斷提高，傳統(tǒng)的教學(xué)模式在育人上其發(fā)揮了很重要的作用，但是時代的不同，教育的理念也變化很快，教育質(zhì)量要提高，需要我們把傳統(tǒng)的教學(xué)模式融入新的教學(xué)新技術(shù)。本文對仿真物理實驗室的運用進行探究，它與高中物理教學(xué)完美的結(jié)合，創(chuàng)建一個新的教學(xué)模式。這種新的教學(xué)模式既可以表現(xiàn)出教師的才華，又可以發(fā)揮學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。仿真物理實驗室與計算機的結(jié)合，為教學(xué)開創(chuàng)了一片新的天地。

1“仿真物理實驗室”的教學(xué)模式建立

仿真物理實驗室的本質(zhì)是一個軟件，是基于網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)而開發(fā)的一款模擬實驗軟件。它能真實模擬出一些教學(xué)中無法做的實驗，也可以模擬最簡單的實驗。仿真物理實驗室包含很多模塊，每個模塊又可以獨立的設(shè)置一些實驗器材，設(shè)置獨立的實驗環(huán)境。教師可以為學(xué)生在實驗環(huán)境中設(shè)置不同的組合，而且實驗的環(huán)境也可以構(gòu)建出真實的情況。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，可以隨意的設(shè)置參數(shù)，通過對實驗動畫的對比，在結(jié)合數(shù)據(jù)以達到物理實驗的教學(xué)目的。

仿真物理實驗只是一個教學(xué)的平臺，實驗可以隨時進行，不受實驗條件的限制，比如實驗中對真空的要求，現(xiàn)實實驗室的條件不容易滿足，但在仿真物理實驗中就可模擬出這種效果。實驗的條件滿足了，得出的數(shù)據(jù)就會相對準(zhǔn)確，縮短實驗的時間，失誤降到了最低。但是仿真物理實驗室中也存在著一些弊端，本質(zhì)上它只是一個軟件，是種虛擬的模式，并沒有在真實實驗中的觸感和體驗。一些實驗的動畫表達只是表面上的，沒有現(xiàn)實實驗的真實感，比如在電子的偏轉(zhuǎn)中，學(xué)生是通過動畫的形式去理解，這對學(xué)生的知識掌握是有一定影響的?？傮w來說仿真實驗室的使用對教學(xué)還有很大的促進作用的。

物理仿真實驗的教學(xué)建立需要借助“仿真物理實驗”在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中開展，實驗教學(xué)的理論主要由基本的四個方面組成：一是依據(jù)實驗的要求提出問題，二是要引導(dǎo)學(xué)生去大膽猜想，提出實驗的假設(shè)條件；三是對學(xué)生的假設(shè)進行驗證；四是結(jié)果和數(shù)據(jù)進行歸納和總結(jié)，找出規(guī)律。仿真物理實驗室需要教師和學(xué)生在實踐中，逐步建立對物理實驗?zāi)Ｊ降慕?。仿真實驗教學(xué)的過程大致可劃分為：學(xué)生觀看存儲在仿真實驗中的動畫，然后教師要建立情境提出疑問，組織學(xué)生對實驗結(jié)果進行假設(shè)，依據(jù)實驗的難易程度，教師要合理劃分實驗小組開始實驗，學(xué)生在實驗完成后要進行合理的推斷，對實驗的結(jié)論要準(zhǔn)確分析，學(xué)生可以對參數(shù)的設(shè)置進行一些改變，實驗創(chuàng)新，以此來驗證結(jié)論的正確性，最后教師做總結(jié)，得出實驗的結(jié)論。

2“仿真物理實驗室”的教學(xué)運用實例

2.1提高物理教學(xué)水平

仿真物理實驗的優(yōu)點就是沒有實物，只是借助里面課件來設(shè)計實驗學(xué)生只要根據(jù)需求把實驗需要的器材放入設(shè)置中。一個實驗系統(tǒng)就能組合起來。學(xué)生只要操心物理實驗的合理性，不用去考慮計算機是如何把它設(shè)置出來的。例如在探究“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中，需要打開電路模塊這一項，點擊新建實驗，根據(jù)實驗要求去選取實驗所要用到的器材。然后依據(jù)實驗連接實驗電路，然后就可以去開始實驗。

在本實驗中，首先要創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，小電珠的伏案特性是如何變化的。設(shè)置一些假設(shè)然后進行實驗。實驗的目的就是為了把小電珠的伏安特性借助實驗描繪出來，通過對曲線變化的規(guī)律的總結(jié)，分析得出結(jié)論。實驗的原理：在純電阻電路中，電壓和電阻的關(guān)系是線性的，可是由于受到實際因素的影響，電壓和電流的變化不是一條直線。實驗過程：在選區(qū)里選出實驗要用到的器材，然后拖入到實驗區(qū)里；選擇實驗器材對上面的數(shù)據(jù)進行一個屬性上的設(shè)置，額定電壓設(shè)置為5 v，額定功率為1 W的小電珠。滑動變阻器的總電阻為20 Ω。設(shè)置學(xué)生電壓為5 V，內(nèi)阻設(shè)置為零，確保電源為理想電源；依據(jù)實驗圖紙把每個器材用電線連接起來，注意不要接錯；連接完成后就可以點擊開關(guān)，開關(guān)就會閉合。這時在兩個表上就會顯示讀數(shù)，這就是需要測量和計算的電壓和電流。把得出的數(shù)據(jù)放在坐標(biāo)軸中，縱坐標(biāo)為電流，橫坐標(biāo)為電壓。借助鼠標(biāo)去移動滑動變阻器，把每次得到的數(shù)據(jù)記錄在坐標(biāo)軸中，最后通過數(shù)據(jù)分析描繪出曲線。

在實驗中我們可以很簡單的去設(shè)置一些參數(shù)，如電流表的內(nèi)接和外接，變阻器的阻值可以根據(jù)需要隨意設(shè)置和變化，也可以很方便快捷地對滑動變阻器的限流和分流的接法、電源的類型進行模擬和討論。這樣的教學(xué)模式可以提升課堂教學(xué)的效率，優(yōu)化課堂教育。

在仿真物理實驗室中這款軟件中，基本可以分為三個大的模塊：運動及力學(xué)模塊、電學(xué)模塊、光學(xué)模塊。每個模塊中又分為很多小模塊，基本包含了高中物理中所有的實驗?zāi)Ｐ?。學(xué)生可以利用里面大量的虛擬與元件，隨意的組合運用，設(shè)置參數(shù)，搭建物理模型，收集數(shù)據(jù)；教師也可以利用它的編程功能做出吸引學(xué)生目光的優(yōu)秀課件。

2.2鍛煉學(xué)生自主探究能力

知識不是簡單的通過教師傳授給學(xué)生，需要構(gòu)建一個良好地情境，依據(jù)方法才能實現(xiàn)的。仿真物理實驗室作為一個簡單上手的軟件，學(xué)生可以自己去設(shè)計實驗完成，提高獨立意識，選取自己需要的元件，或是自己借助軟件創(chuàng)造，而后建立模型設(shè)置情境。也可以通過教師的指導(dǎo)，把一些問題放到模擬中來，還原一下場景，經(jīng)過自己獨立的探究，對實驗的把握也更加深刻，深化對物理知識的理解。

例如在學(xué)習(xí)透鏡的成像時，學(xué)生可以設(shè)置：

情境問題一：透鏡的位置和光屏之間的位置會引起像的變化。在仿真物理實驗室中建立模型，設(shè)置透鏡的焦距為30cm，把蠟燭、透鏡和光屏按照順序排好，使三者的中心在一條直線上。然后開始進行試驗，移動光屏可以發(fā)現(xiàn)，透鏡和光屏之間的位置變化確實會引起像的變化。

情景問題二：調(diào)節(jié)蠟燭與透鏡之間的距離，讓物距小于焦距的距離。在模型中進行操作，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蠟燭的位置小于焦距時，成像為一個正立、放大的虛像，成像發(fā)生了變化。

情境問題三：調(diào)節(jié)蠟燭與透鏡之間的距離，讓距物距大于焦距。在模型中操作，開始像是一個倒立放大的實像，但在物距的增大中，像在不斷地縮小，在某個值成為一個倒立、等大的實像，此時測量距離得出物距等于焦距的兩倍。在擴大物距，會發(fā)現(xiàn)像接著縮小。經(jīng)過對數(shù)據(jù)的處理可以知道，物距為焦距兩倍時，像為倒立等大的；物距大于兩倍焦距時，像是倒立縮小的實像物距大于焦距而小于兩倍焦距時，像是一個倒立、放大的實像

情境問題四：如果在透鏡上遮擋一個物品，還會有像的出現(xiàn)嗎？學(xué)生預(yù)測不會出現(xiàn)像。在模型中操作，讓一個物體一點一點去遮擋透鏡，會觀察到，像會從亮到暗，到?jīng)]有。

情境問題五：凸透鏡換為凹透鏡時，像的變化。在模型的操作中，在光屏上是看不到像的，凹透鏡的像為虛像。

對單一模型的條件進行稍微修改就可以得出不同的實驗結(jié)果所以學(xué)生自主建立模型，設(shè)計實驗，尋找透鏡的成像規(guī)律，這在潛移默化中提高了學(xué)生的自主探究能力，讓學(xué)生對知識的掌握更加牢固，鍛煉了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

仿真的物理實驗室為師生提供了一個模擬真實的教學(xué)平臺，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣越來越濃厚。仿真實驗室的作用和內(nèi)容還有很多，筆者只是列舉一些例子來說明，更多的用法還是需要教師在教學(xué)中慢慢摸索，作為一款跟隨時代的軟件，還是會有不足的地方，適用的范圍還不是很廣，但在今后的發(fā)展中一定會得到補充。總體而言，它給教學(xué)帶來的便利是不可替代的，避免了在真實實驗中容易出現(xiàn)的誤差，讓學(xué)生的創(chuàng)造性思維有巨大的飛躍，全面提升學(xué)生的動手能力和構(gòu)造力，激發(fā)學(xué)生對物理的熱愛和學(xué)習(xí)。仿真實驗室與傳統(tǒng)的實驗要有利結(jié)合起來，相輔相成，真正把握物理的根本主旨，為高中物理教學(xué)創(chuàng)造新的可能。