淺談在初中物理課堂教學中仿真實驗的應用

摘?要：物理學科是一門以實驗為基礎的學科，在物理課堂中實驗扮演著十分重要的角色，但是在物理教學中有些實驗在課堂上沒有辦法完成，或是有些學校由于實驗室的不足，沒有辦法進行實驗，或是課堂上的演示實驗對于課堂教學中學生的吸引力不強，沒有辦法引起學生的興趣。而近幾年隨著教育理念的更新，在教學過程中十分注重信息技術與課程的整合，新的物理課程標準重視將信息技術應用到物理實驗中，因此將信息技術引入物理實驗教學中勢在必行，加入了“虛擬仿真實驗室”的課堂無論其直觀性，還是趣味性都相較以前的傳統課堂有了更多的變化，既加強了學生對實驗的理解，又為初中物理實驗教學的改革提供了契機。本文將從幾個實際教學案例中淺談仿真實驗在初中物理幾種教學中的應用。

關鍵詞：仿真實驗;現象教學;規律教學;驗證教學;復習教學

仿真實驗方法是近年來伴隨著計算機應用技術以及相關科學技術領域發展而產生的一種新型的實驗方法。它是計算機仿真技術與實驗教學深度融合的產物。物理仿真實驗方法是指從基本的物理定律出發，用離散化變量描述物理體系的狀態，然后利用計算機計算這些離散變量在基本物理定律制約下的演變，從而體現物理過程的規律和方法。雖說仿真實驗無法完全替代動手實驗，不過基于仿真實驗的可重復操作性、過程可控等諸多特性，仿真實驗法是物理學科實驗教學的有力補充。實踐證明，利用仿真實驗可以極大地提高學生學習物理的興趣以及實驗操作能力。可以使抽象的內容形象化，突破教學難點，有助于學生對實驗原理的深化理解。可以克服由于實驗條件限制而無法進行的實驗成為可能。仿真實驗不僅為學生提供了新的學習方式，而且也為初中物理的教學方式提供了新的參考。基于此，本文就仿真實驗在初中物理現象教學、規律教學以及理驗證教學中的應用進行分析和探討。

一、 仿真實驗在物理現象教學中的應用

現象教學在物理實驗教學中應用得非常的廣，在平時的新課教學中演示現象的實驗占據非常大的一部分比例，而往往演示現象實驗后就需要學生自己學會從實驗現象來總結規律或是了解工作原理，這就需要老師所做的現象演示實驗要可以讓學生看的更清楚，過程要能夠讓學生觀察得更細致。實際上現在的學校大部分班級的學生數都在五十左右，在這么多的學生面前演示實驗可能就只有一部分學生看的清楚，很大一部分學生因為看不清而放棄這節課。而仿真實驗利用多媒體，融入信息技術，可以通過大屏幕讓班級在座的每位學生清楚地看到實驗過程，這樣就能更直觀地讓學生了解物理實驗現象，引起學生的學習注意力。

以“熱機”教學為例，在這堂課的教學中很多學校往往能提供的僅僅是一張舊的掛圖和一臺已經很多功能都失去的內燃機。那么在研究“熱機”時，教師可以在課堂上引入仿真實驗。在該仿真實驗中教師可以用鼠標依次點出內燃機各個部位，讓學生回答名稱，從而有利于學生記憶對應的零器件的名稱，然后可以對內燃機的工作原理進行分步演示，邊演示邊強調“大家注意看，現在閥門是打開還是閉合，活塞運動多遠的距離”，從而可以讓學生有目的性的去觀察實驗。再在仿真實驗中各個沖程中逐一強調各個工作過程中內燃機的工作特點，達到在實驗過程中能夠‘暫停引起學生對各個過程中的要點的重視。最后在點擊連續工作，讓學生對整個內燃機的工作原理有個整體的認知。這樣學生可以通過多媒體上演示的仿真實驗非常形象直觀地觀察到內燃機的工作原理，并能夠很好地掌握各個工作過程的特點。現象演示實驗在物理教學中非常的普遍，而通過仿真實驗把一些不好在工作過程暫停的實驗進行教學是物理教學中一個非常重要的環節，它讓老師有時間加以引導學生觀察實驗現象，并逐一回答，其次在仿真實驗中教師可以讓學生先回答接下來要怎么操作，然后老師再利用仿真實驗來模擬，可以充分調動學生的學習熱情。讓學生充分融入班級的教學互動中來，真正體現教師與學生都充分的融合到課堂上，防止教師滿堂灌，最后老師說的興高采烈，而學生卻是云里霧里，對知識點只能是連蒙帶猜。

二、 仿真實驗在物理規律教學中的應用

尋找規律的實驗是物理實驗教學中非常重要的一種，它是一種非常有價值的實驗形式，在初中階段學生找規律的實驗一般采用以下兩種教學方式：一是學生自主設計實驗來對某一問題進行探究;二是學生根據在已經提出問題，確定實驗方案的基礎上，動手進行實驗。這類的實驗學生往往手忙腳亂，實驗做完了，但是實驗中要總結規律、需要觀察哪些現象卻忘得一干二凈。在這類實驗中，仿真實驗就可以很好的輔助學生總結規律。

以凸透鏡成像教學為例，如果沒有仿真實驗，那么純粹就是老師在演示，或是學生自己動手在光具座上來來回回的移動，可能絕大部分的學生都是在照搬老師要求的實驗操作步驟，至于為什么要這樣做，都是一知半解，等到實驗結束后老師引導學生總結規律，或是讓學生自己總結規律可能很多學生對于實驗中看到的現象已經忘了一大部分了。所以在本節課的教學中通過仿真實驗一一再現學生的實驗過程，并在再現過程中，教師可以先故意讓凸透鏡中心，蠟燭中心，光屏的中心沒有位于同一水平線上，讓學生觀察像的位置，引導學生回答，然后調節三心等高后再觀察現象。比較兩次的成像位置不同得知為了使成像在光屏的中心必須調節三心等高。然后再多次調節蠟燭與凸透鏡的距離，每調節一次都可以提問“現在蠟燭離凸透鏡的距離是在什么范圍，等下光屏應該向哪里移動呢。”然后可以根據學生回答的來改變光屏的位置得到最清晰、最小的像，從而得出凸透鏡的成像規律，并通過仿真實驗再演示關于蠟燭和光屏移動方向的分析，可以融入照相機調焦這一難點的教學，從而實現難點的突破。所以仿真實驗在這里就可以讓學生有足夠多的時間和注意力去找尋凸透鏡的成像規律。再加上這個仿真實驗是在學生的實際操作之后才使用的，就可以讓學生更清楚的體會眼見為實的實驗過程。讓學生邊看仿真實驗，邊總結出規律，這樣在總結規律的實驗中可以讓學生更清楚明白本節所學的內容。

三、 仿真實驗在物理驗證教學中的應用

在初中物理的實驗中，很多都是為了對于物理量進行定量的測量。在此類的教學中，仿真實驗就占據了很大的份額。比如仿真實驗在電學的教學中可以對某些物理量之間的關系進行定量的測量，或是對某些物理關系進行驗證。仿真實驗在驗證教學中起著非常重要的作用。

以“并聯電路的電流特點”的教學為例，學生只有先對并聯電路的干路和支路的電流特點進行假設，在如圖所示的電路中利用仿真實驗讓學生明白a點位于支路上，b點也位于支路上，讓學生猜想，通過a，b，c各點的電流有什么關系，這是探究并聯電路中電流關系的重要內容，學生可以通過猜想在仿真實驗上進行驗證是否正確，這種最常用的驗證性教學在初中物理的教學中尤為常見。學生以仿真實驗為工具，可以盡情地猜想，只要利用仿真實驗把實驗電路連接好，就可以很容易地得出a點的電流，b點的電流和c點的電流，然后再利用仿真實驗中自帶的表格可以把數據一一填入表格中，從而總結歸納出并聯電路的干路和支路的電流關系。然后再來安排第二課時，讓學生在實驗室真正自己動手實驗來探究并聯電路的電流特點，效果就會比不使用仿真實驗好很多。

孔子說“知之者不如好之者，好之者不如樂知者。”樂業，趣也。一節沒有學生積極參與互動的課堂是一節極其失敗的課堂，作為一名一線教師應該多關注科學技術的發展，盡可能地利用一切資源引起學生的學習興趣。初中生這么一個團體，由于年齡的限制，他們還處于懵懵懂懂的年紀，對于他們來說，感性認知比理性認知占據更重要的地位。所以老師跟他說，“這節很重要你要認真聽”，并不能引起學生對物理知識的渴望，倒不如想想辦法，如何把對學生說的“這個知識很重要”變為“我們一起來玩一個有趣的實驗”。初中物理作為一門要倚仗實驗進行的學科，實驗在物理教學中的地位可想而知，但是有些學校由于器材短缺，或是器材破舊導致沒有辦法進行實驗，或是實驗效果不明顯，或是一些實驗根本沒有辦法在課堂上演示，或是沒有辦法很好地引起學生的興趣。總之很多傳統實驗已經不能完全適應學生的學習方式，所以借助仿真實驗能夠很好地彌補實驗教學中的不足。因此仿真實驗在初中物理的教學中起著非常重要的作用，對于提高課堂教學的有效性也有著至關重要的意義。

參考文獻：

[1]楊明威.基于仿真實驗的高中物理可視化教學實踐研究[D].長沙：湖南師范大學，2018.

[2]李璐.虛擬仿真實驗室應用于初中物理實驗教學的理論與實踐研究[D].西安：陜西師范大學，2009.

[3]馬瑞.微課應用于初中物理實驗教學的理論與實踐研究[D].陜西：西北大學，2017.

[4]曾俊菱，王仲來，宮雪，等.虛擬仿真實驗在刑事科學技術專業物理實驗教學中的應用展望[J].甘肅科技，2019，35（3）：79-80.

作者簡介：

黃妙紅，福建省漳州市，福建省漳州市第三中學。