NOBOOK虛擬實驗室在構建初中物理高效課堂中的應用研究

宋明麗

【摘要】在新課標改革和教育信息化技術的雙重推動下，物理作為一門實驗學科，物理教師們更是需要在全新教學理念的指導下，盡快轉變傳統教學方式，構建“以學生為主體”的高效課堂.利用NOBOOK物理實驗室使物理課堂變得更具交互性和靈活性，這樣的高效課堂可以快速激發學生的學習興趣、充分調動學生的學習欲望、持續提高學生的學習自主性，從而實現提升學生物理學科核心素養的目標.

【關鍵詞】初中物理；信息技術；高效課堂

1 研究背景

1.1 虛擬仿真實驗室

教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》中指出，要持續推動信息技術與教育教學的融合，全面提升師生信息素養，為學生提供有效的學習工具和豐富的教育環境.《義務教育物理課程標準（2022年版）》中指出：“義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程，具有基礎性、實踐性等特點”.新課標中增加了“實驗探究”“跨學科實踐”兩大主題，這都明確了實驗教學的重要性.

隨著信息化技術的不斷發展和改進，虛擬仿真實驗室也應運而生.早在1990年，Magin D J等人已經對交互式虛擬實驗室對過程性工程教育的影響進行了探究，近幾年國內的虛擬仿真實驗室也得到了飛速的發展.目前我國的仿真實驗室主要分為兩大類，一類應用于高等教育教學，另一類則應用于基礎教育教學中，如NOBOOK物理虛擬實驗室（簡稱NB實驗室）.NOBOOK虛擬實驗平臺應緊密結合教師教學場景，遵循學生學習規律，還要幫助廣大物理教師充分地創設情境、演示現象、解釋原理，幫助學生更好地激發物理學習的興趣.

1.2 高效課堂

根據《義務教育物理課程標準（2022年版）》，構建高效課堂成為教學中的重要一環，努力提升教學效率、切實有效地改善學習效果已經成為初中物理教師們課堂教學的基本目標之一.高效課堂是對有效課堂的拓展，在其基礎上更側重優化教學效率、強調教學效益、追求教學影響.簡言之，在短短的四十分鐘的課堂上，初中物理教師們不僅要完成教學任務，還要達成教學目標，不斷地通過學科學習培養學生現階段所需具備的核心素養.

在新課標改革背景下，若想要構建初中物理高效課堂，必須結合初中學生的年齡、心理發展特點等展開教育教學活動，同時還需要“以學生為中心”，為學生創造良好的物理實驗環境，并提供充足的物理實驗時間，使得學生在不慌不忙的實驗中把握物理學科的實驗思維，掌握物理知識與技能，并能夠嘗試在現實生活中解決問題.

2 NOBOOK虛擬實驗室助力構建初中物理高效課堂

在“雙減”政策的影響下，教師需要全面改革課堂教學模式，創新課堂教學方法，從而有效提高課堂教學效率，來提高學生的知識水平，培養學生學科核心素養，也大大減輕學生的學習負擔.實現“雙減”目標的關鍵舉措是：提高課堂教學質量.這都無不體現了現下構建高效課堂的重要性與急迫性.以下是NOBOOK虛擬實驗室助力構建高效課堂的途徑.

2.1 NOBOOK助力創設課堂情境，營造生動形象的學習環境

教學情境的創設往往是我們傳統教學所缺失的，但實際上它應該要貫穿高效課堂的始終，教師通過NOBOOK虛擬實驗室創造教學情境，可以增強學生的課堂參與感，提高學生的學習興趣，將學生的注意力牢牢地鎖定在課堂.

例如 “研究物體的浮沉條件”是滬教版九年級上冊物理教材§6.4的內容，是一節實驗探究課，讓學生通過探究“水中雞蛋浮沉”實驗進而理解潛艇的工作原理，同時掌握物體的浮沉條件.

教師通過NOBOOK虛擬實驗室創建雞蛋在水中沉底的情境，如圖1.

師 同學們結合生活常識想一想可以通過什么樣的方法實現雞蛋的上浮呢？

生 可以向水中加鹽，使水變為鹽水，液體密度增大了，雞蛋就會上浮.

師 那么同學能不能利用我們學過的阿基米德原理嘗試解釋一下呢？

生 當雞蛋浸沒在液體中，因為V不變，ρ變大，根據F=G=ρVg可知，F增大，當F>G時，雞蛋就會上浮了.

2.2 NOBOOK助力優化教學方式，豐富學習方法

當前初中物理教學很難實現高效課堂，關鍵在于教師的教學理念過于陳舊，難以滿足現代化的教學需求.現如今為了在課堂上加強培養學生的探究能力，學生可以利用NOBOOK虛擬實驗室自由探究一些平時在課堂上難以操作的、具有一定危險性的實驗.

例如 “大氣壓強”是滬教版九年級上冊物理教材§6.6的內容，在學習大氣壓強測量時，托里拆利實驗需要利用水銀柱產生的液體壓強間接測出大氣壓的數值，由于這個實驗利用的液體水銀有毒，存在很大的安全問題，所以教師無法在課堂演示該實驗，但是現在可以讓學生使用NOBOOK虛擬實驗室進行探究.

以下是使用NOBOOK物理實驗室的操作步驟，如圖2.

（1）首先用手指堵住裝滿水銀的玻璃管倒插入水銀槽中；

（2）接著松開手指觀察到玻璃管中的水銀液面下降，最終停在距水槽中的水銀面76.0cm的高度處；

（3）然后傾斜玻璃管，觀察到玻璃管內外的水銀高度差仍然為76.0cm；

（4）接著改變玻璃管的粗細，將玻璃管的橫截面積變為原來的2倍，會發現玻璃管內外的水銀高度差仍然為76.0cm不變；

（5）最后調整大氣壓強的參數，將其設置為0.8，我們會看到玻璃中的水銀柱高度降至60.8cm.

操作完這些步驟后，學生就可以深刻理解水銀柱產生的液體壓強等于大氣壓強的數值，大氣壓強越小，管內外的水銀高度差就越小，也能夠理解在該實驗中，玻璃管是否傾斜、玻璃管的粗細都不會影響大氣壓強值的測定.

2.3 NOBOOK助力抽象知識可視化，幫助學生理解、掌握、應用知識

在物理課堂上，會有很多利用物理建模法建立的物理模型，學生在學習這些板塊都是比較無力的.針對這種情況，可以用NOBOOK虛擬實驗室來模擬實驗，從而讓學生理解抽象的物理概念和物理模型，實現抽象問題的可視化.

例如 “磁場 磁感線”是滬教版九年級下冊物理教材§8.2的內容，在課堂上我們常用到的實驗器材是立體式磁感演示器，這個器材設置了過多的小磁針，雖然利用這個實驗器材可以讓學生觀察到條形磁鐵不同位置處的小磁針的指向不同，但是學生觀察起來是非常費力的.為了解決這個教學難點，可以通過NOBOOK虛擬實驗室來模擬條形磁鐵周圍小磁針的指向，從而理解小磁針在該位置的N極指向即為該處的磁場方向，如圖3STYLEREF2＼s.

2.4 NOBOOK助力打破時空限制，支持課外深度探究

在學習了阿基米德原理之后，進行了“杯中放物”模型的研究，學生在課堂上往往很難理解將物體直接放入杯中與使用彈簧測力計拉著物體使其浸入液體這兩種情況下，容器對地面的壓力的變化情況，很多同學認為這應該是相同的，ΔF都應該等于G.針對這個問題，可以讓學生在課下使用NOBOOK虛擬實驗室進行自主探究.如圖4STYLEREF2＼s.當將物體直接放入容器中時，ΔF=2.34N-1.47N=0.87N=G；當使用彈簧測力計拉著物體使其浸沒在液體時，ΔF=1.57N-1.47N=0.1N，此時F=G-F=0.87N-0.77N=0.1N，故ΔF=F.

3 結語

總而言之，NOBOOK虛擬實驗室與初中物理教學有效融合，不但驅動著新時代背景下信息技術與教育教學快速融合，也讓物理教學更加科學化、嚴謹化，這都在很大程度上為高效課堂的建設與學生物理核心素養的發展提供了必要的基礎條件.在此，呼吁各位物理教師能夠嘗試將虛擬實驗與真實實驗相結合，優化教學效果，提升教學質量，在點滴中積累，爭取早日實現高效課堂的普及化.

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