仿真實驗在高中物理教學中的應用及價值分析

于海廣

摘 要：實驗是物理教學中必不可少的一個環節，但由于實驗器材、教學時間等因素的影響，導致許多高中生接觸實驗的機會大大降低，給高中物理知識的學習帶來很大的影響。但是，仿真實驗的應用，將會給高中物理教學帶來很大的便捷，使得學生對物理知識與物理現象的理解更加深刻，提高教學質量。

關鍵詞：仿真實驗;高中物理;應用價值

仿真實驗作為現代科技技術的一項重要應用，給學生的學習和實踐帶來了很大的幫助。物理是一門實踐性很強的高中學科，受到教學條件的影響，許多物理實驗均無法進行實踐操作，嚴重影響學生的學習興趣。仿真實驗在高中物理教學中的應用，使得學生的實驗動手能力能夠快速提高，還能幫助學生客觀認識物理學原理，解析物理學公式、定理，提高學習的積極性。

一、仿真實驗在高中物理教學中的應用

1.仿真實驗在高中物理單擺實驗中的應用

單擺實驗是高中物理學科中比較典型的一個實驗，實驗的主要目的是測量重量加速度，使得學生對單擺周期公式有更加深刻的理解和認識。在傳統的實驗方式中，單擺實驗只能借助帶有鐵夾的鐵架臺、秒表、刻度尺、金屬小球、細線等實驗工具構成簡單的實驗架構，完成實驗操作。在現代的物理教學中，若使用仿真實驗來完成單擺實驗，可利用多媒體系統中的Phylab模塊來完成：首先確定好比例尺與坐標系，找好合適的運動對象;然后通過鍵盤和鼠標設置好懸掛繩的長度以及繩子的固定點;最后，用鼠標點擊運動的小球，使得小球開始運動，計量單擺運動的周期，觀察其運動路徑[1]。仿真實驗操作中，由于小球是一個虛擬的物體，不存在于空氣當中，所以也不會受到空氣阻力的影響，學生也可通過實驗直接觀察到單擺運動中動能與勢能的轉換。當學生明確這一特點后，就可以在仿真軟件的單擺繩上確定一個“釘子點”，然后讓小球在“鋼釘”的作用下繼續運動，從而總結出實驗結論。

2.仿真實驗在小燈泡的伏安特性曲線實驗中的應用

小燈泡伏安特性曲線描繪也是高中物理課程中典型的實驗，學生能夠手繪出小燈泡的伏安特性曲線是該實驗的主要目的，再通過實驗發現曲線的變化規律，總結出實驗結論。一般情況下，做該實驗需要借助4～6V的學生電源、電流表、電壓表、小燈泡、開關、滑動變阻器、導線等實驗器材才能完成，按照一定的規律將實驗器材連接起來，滑動變阻器的接入需要采取分壓接入方式，再在直角坐標系中描繪伏安特性曲線[2]。采取仿真實驗后，該實驗的操作將會變得更加簡單，學生也能更加直接地觀察到小燈泡伏安特性曲線的變化規律。學生可借助實驗系統建立起實驗電路，選擇好實驗所需的元件后就可通過鼠標點擊的方式完成線路連接，還能較好地排除常規實驗中的干擾因素。此外，仿真實驗中，學生可自主選擇和設置相關參數，并對設置的參數以及測出的參數進行整理和歸納，總結出小燈泡伏安特性曲線的規律。由此可見，仿真實驗能夠更加快速地完成實驗操作，實驗步驟也更加簡單，提高了高中物理教學的效率。

二、高中物理教學中運用仿真實驗的價值

1.提高了實驗數量

仿真實驗借助電腦系統中虛擬的實驗器材來完成實驗，使得實驗操作突破了器材的限制，學生也可以快速、重復地進行實驗操作，學生接觸實驗的次數和頻率增加，對物理知識點的理解也更加深刻。通過設置實驗參數，物理實驗中的相關情境便能夠清晰地展現出來，滿足學生探究學習的需求。

2.增強了實驗的可視效果

對實驗中的相關器材、結構的觀察是高中物理實驗教學中非常重要的環節，而學生能夠實際操作的實驗較少，多數實驗都是由老師演示、學生觀察的方式完成，這就導致學生的實驗觀察中出現可視性很小的情況，學習效果也較差。但是，仿真實驗利用電腦完成，學生可直接觀察到電腦中的實驗結構，還可利用放大鏡功能觀察較小的實驗器材，所以增強了可視效果。

3.減少危險的實驗事件

高中物理課程中所包含的實驗較多，其中的部分實驗存在一定的危險性，比如磁感線、電流等都是比較危險且看不見、摸不著的東西，在傳統的實驗操作中，學生可能會受到磁感影響或電擊。但是，仿真實驗中，學生不僅能夠有效完成常規的實驗，還可以模擬“海市蜃樓”“日食”“月食”等實驗，增加學生的物理學習興趣與探索興趣，讓學生對物理現象的認知更加全面，還能有效防止學生由于操作不當而產生的危險[3]。此外，仿真實驗突破了空間、時間、器材等的限制，學生可通過手機、電腦來完成，還可以根據自身的興趣做不同的實驗嘗試和探究，學生可在實驗中自主嘗試自我想法，不斷積累物理知識，提高學習成績。

總而言之，仿真實驗的應用能夠讓學生隨時、隨地進行實驗操作，而且能夠更加直觀、全面地觀察到實驗器材與實驗現象，還能降低實驗器材的限制，使得學生接觸實驗的機會也增加了。但是，在實際教學中，也不能過分依賴仿真實驗帶來的便捷而導致學生的實際操作能力降低。所以，高中物理教學中，教師需要把控好仿真實驗的應用頻率，結合傳統的實驗模式完成教學，提高教學效率。

參考文獻：

[1]王祥委，段娟娟，彭朝陽.Algodoo虛擬仿真實驗在中學物理教學中的應用：以凸透鏡成像為例[J].物理通報，2017（7）：5.

[2]常曉慧，侯恕.應用Algodoo仿真物理實驗輔助高中物理規律教學[J].物理通報，2017，36（6）：90-92.

[3]徐益勇.“仿真物理實驗室”在高中物理實驗教學中的應用[J].中學物理（高中版），2016，34（5）.

編輯 溫雪蓮