基于NB物理實驗與初中物理課堂小實驗融合的教學實踐探究

一、研究背景

(一）教育信息化發展趨勢

在當今數字化時代，信息技術正以前所未有的速度融入教育領域，推動教育教學模式發生深刻變革。從在線課程的廣泛普及，到智能教學工具的多樣化應用，教育信息化已成為提升教育質量、促進教育公平的重要手段。《教育信息化2.0行動計劃》明確提出，要推動信息技術與教育教學深度融合，實現從專用資源向大資源轉變、從提升師生信息技術應用能力向全面提升其信息素養轉變。

（二）初中物理教學的特殊需求

初中物理是學生接觸物理學科的啟蒙階段，對培養學生的科學思維、探究能力和實踐精神至關重要。實驗教學在初中物理教學中占據核心地位，它不僅能幫助學生理解抽象的物理概念和原理，還能鍛煉學生的動手能力、觀察能力以及分析問題的能力。然而，傳統的初中物理實驗教學面臨諸多挑戰，亟待新的教學手段和方法來突破困境。

（三）傳統課堂小實驗的局限性

傳統初中物理課堂小實驗雖具有一定教學價值，但受多種因素限制，難以充分發揮實驗教學的作用。在時間上，課堂教學時間有限，一些復雜實驗難以在規定時間內完成，進而影響教學進度。在空間方面，學校實驗室場地和設備數量有限，無法滿足所有學生同時進行實驗操作的需求。在器材方面，部分實驗器材價格昂貴且易損壞，學校難以大量配備；而且器材的老化、損耗等問題也會影響實驗的準確性和可操作性。

（四）虛擬實驗技術的興起

隨著計算機技術、虛擬現實技術的不斷發展，虛擬實驗技術應運而生。虛擬實驗軟件能夠模擬各種真實實驗場景，為學生提供一個全新的實驗學習環境。NB物理實驗作為一款具有代表性的虛擬實驗軟件，憑借其零成本、可重復、無時空限制等優勢，逐漸在物理教學中得到應用。它能夠彌補傳統課堂小實驗的不足，為初中物理實驗教學帶來新的契機。這也促使教育工作者深入探究其與傳統課堂小實驗的融合路徑，以優化初中物理教學，提升學生的學習體驗和學習效果。

二、理論基礎與教學效果論證

(一)理論基礎

建構主義學習理論：該理論強調學生主動構建知識體系。將課堂小實驗與NB物理實驗這兩種實驗方式相融合，能夠為學生提供豐富多樣的學習情境。課堂小實驗貼近生活實際，學生可以基于已有經驗進行操作，從而快速建立起對物理現象的初步認知；而NB物理實驗則在虛擬環境中進一步拓展知識的深度與廣度，學生通過自主操作、探索，將新知識與原有的認知結構相關聯，實現知識的主動建構。

多元智能理論：該理論認為學生具有多種智能類型，如空間智能、邏輯一數學智能、身體一動覺智能等。課堂小實驗主要鍛煉學生的身體一動覺智能，學生親自動手操作實驗器材，在實踐中感受物理知識;NB物理實驗則側重于培養學生的空間智能和邏輯一數學智能，學生通過觀察虛擬實驗中的圖形變化、數據變化，進行邏輯分析和推理。兩種實驗方式的融合，能夠滿足不同智能類型學生的學習需求，促進學生的全面發展。

(二)教學效果

提升學習興趣：初中學生好奇心旺盛，傳統單一的實驗教學容易使學生感到枯燥乏味。課堂小實驗具有簡單有趣、貼近生活的特點，能夠迅速吸引學生的注意力，激發他們對物理學習的初始興趣：NB物理實驗憑借高度仿真、豐富多樣的實驗場景，持續為學生帶來新鮮感和探索欲望，進一步維持和提升學生的學習興趣。

提高知識理解與應用能力：課堂小實驗能夠讓學生獲得直觀的感性認識，為抽象知識的理解奠定基礎；NB物理實驗則通過精確的模擬、數據展示等方式，幫助學生從定性理解深入到定量理解物理原理。以“浮力\"教學為例，在課堂小實驗中，學生使用彈簧測力計測量物體在水中受到的浮力，初步感知浮力的存在；而NB物理實驗能夠模擬不同液體密度、物體形狀等情況下浮力的變化，并通過公式計算展示浮力大小，讓學生理解浮力的本質及影響因素。

三、NB物理實驗與初中物理課堂小實驗概述

(一)課堂小實驗特性

初中物理課堂小實驗多由教師演示或學生隨堂操作，其實驗原理緊密貼合教材知識點，旨在將抽象知識具象化。例如，在“探究光的反射規律\"小實驗中，借助簡單的平面鏡、激光筆就能展現反射角與入射角的關系。這類實驗具有用時短、操作簡便的特點，緊密貼合日常教學，即時反饋性強，學生能迅速目睹實驗結果，從而鞏固所學知識。不過，課堂小實驗高度依賴實體器材，一旦器材出現損耗或缺失，實驗便難以開展，且實驗結論可能出現偏差。例如，若電池老舊，室內光線太強導致光線可見度低，實驗效果就會大打折扣。

(二)NB物理平臺特性

NB物理實驗是一款虛擬實驗軟件，集成了電學、力學、光學等多個模塊。它擁有逼真的3D實驗場景，操作簡便，學生僅需用鼠標拖拽、點擊就能搭建實驗裝置。以電學實驗為例，學生可以隨意添加導線、電阻、電源等元件，瞬間完成電路連接，還能實時觀測電流、電壓數值的變化。該軟件不受時空限制，學生無須擔心操作失誤導致受傷或損壞實驗設備，即使實驗失敗也不會造成實際損失。學生課后也能反復進行實驗演練；實驗參數還可按需調整，便于學生深度探究變量關系，拓展思維深度。然而，虛擬實驗缺乏真實觸感，學生無法體會實物操作的手感與微妙細節，可能會在一定程度上丟失科學探究思維以及保護實驗設備、節約資源的意識。

四、初中物理課堂小實驗現狀分析

(一)積極方面

(1)實驗設備逐步完善：隨著教育投人的不斷增加，多數學校的物理實驗室得以更新升級。基礎的力學、電學、光學實驗器材愈發齊全，如精度更高的彈簧測力計、多功能電學實驗箱等，能夠滿足課程標準要求的大部分演示實驗與分組實驗，為學生實際操作提供了堅實的物質保障。(2)實驗形式走向多元：除了傳統的實驗室現場實驗，虛擬實驗平臺也開始走進校園。針對一些難以在真實場景中快速呈現，或者具有一定危險性的實驗，例如核裂變模擬、高壓電觸電感受模擬等，借助虛擬技術，學生只需輕點鼠標就能反復觀察實驗流程與現象，有效拓展了實驗的邊界。

(二)存在的困難

(1)實驗設備短缺與老化：部分經濟欠發達地區的學校，由于資金受限，物理實驗器材配備不齊全，一些關鍵實驗儀器存在數量不足的情況，無法滿足分組實驗的需求，只能開展演示實驗。而且，現有器材因使用年限較長，老化損壞嚴重，像電流表指針出現偏差、滑輪組摩擦力過大等問題頻發，嚴重影響了實驗的精準度與可操作性。(2)場地空間局限：不少學校校園面積有限，物理實驗室的規模較小，難以一次性容納整個班級開展分組實驗。(3)教師精力與能力不足：初中物理教師的教學任務繁重，除了課堂授課，還需要批改作業、輔導學生、應對各類教學檢查。這使得教師沒有充足的精力精心籌備實驗課程，對于復雜實驗，難以設計出巧妙的引導方案。(4)教學進度擠壓：初中物理知識點繁多，教學大綱規定的理論授課內容緊湊。教師為按時完成教學任務，往往會削減實驗課的時長。例如，在電學部分的歐姆定律、電功率等重難點知識教學中，教師擔心學生理解不透徹，就挪用實驗課時間來講授理論知識，致使實驗教學淪為理論教學的附庸，學生失去了許多動手探索的機會。（5)學生安全意識淡薄：初中學生好奇心旺盛，但安全意識欠缺。在物理實驗，尤其是電學、熱學實驗中，學生容易違規操作，存在安全隱患。（6學生自主探究能力弱：長期的應試教育模式，使得學生習慣被動接受知識，自主思考和自主設計實驗的能力較差。(7)評價體系重理論輕實踐：中考、期末考試等重要學業評價，主要考查物理理論知識，實驗部分占分比低。

五、融合策略

（一）教學準備階段：互補篩選，優化設計

教師先梳理章節的重難點與對應的實驗內容，將實驗按照操作難度、效果呈現、資源需求等方面進行分類。例如，“摩擦起電\"“串并聯電路\"這類操作簡單、現象明顯的實驗，可保留為傳統課堂小實驗。通過開展這些實驗，培養學生的探究能力和動手操作能力，滿足學生的親身體驗需求，激發學生的學習興趣。

（二）課堂實施階段：虛實交錯，深度引導

在傳統課堂小實驗中，學生能夠真實觸摸實驗器材，感受實驗過程，但在NB物理實驗里，存在一些無法實現的體驗。例如，無法通過觸摸來感受透鏡的焦距與厚薄的關系；無法觀察到成像時光屏上是否會出現臟東西的像；也無法體驗在透鏡一側觀看所成虛像的感覺，難以更深刻地感受到光屏上的像是由實際光線會聚而成的。不過，在課堂實施中，可以采取以下虛實結合的方式：(1)情境導入用虛擬：課程開始時，利用NB物理實驗的炫酷動畫和新奇現象創設情境，吸引學生的注意力。(2)原理講解配實體：在講解“電磁感應\"原理時，搭配課堂小實驗進行演示，教師邊操作邊闡釋，幫助學生更好地理解抽象的原理。(3)探究拓展回虛擬：在學生探究實驗的拓展環節，若遇到復雜變量、極端情況，可回歸NB物理實驗。例如，在探究“二力平衡\"時，現實中難以精準控制摩擦力、快速改變力的大小，而虛擬實驗能夠高效模擬不同質量物體在多樣拉力下的加速情形，拓展學生的探究深度。

六、融合教學案例分析

(一)課前預習

教師在上一節課結束時，為學生布置NB物理實驗“杠桿平衡條件\"的預習任務，要求學生自主操作軟件，改變動力、阻力、力臂的大小，記錄實驗現象與產生的疑惑，為課堂教學做好準備。

(二)課堂教學

(1)情境導入：展示NB物理實驗中生活中各類杠桿的動畫，引導學生搶答實例，激發學生的學習興趣。(2)原理講解：拿出真實的杠桿、鉤碼，搭建實驗裝置，先調節杠桿平衡，再挪動砝碼使杠桿在水平位置平衡，標注力臂并講解公式推導過程，將虛擬與現實相結合，加深學生對原理的理解。(3)分組實驗：小組學生實際操作杠桿，記錄實時數據，分析歸納并推導杠桿平衡條件及公式，培養學生的合作探究能力和數據分析能力。（4)解決實際問題：引導學生運用所學知識解決實際問題，提高學生運用知識的能力。

（三）課后鞏固

學生利用課余時間或回家后，通過NB物理實驗完善實驗報告，模擬特殊杠桿求最小力、找最小力臂、探究力的方向改變對拉力大小的影響等情況。教師利用課間或線上為學生答疑、評優并展示報告，激勵學生分享學習成果。

七、融合過程中的挑戰與應對

在NB物理實驗與初中物理課堂小實驗的融合過程中，會面臨一些挑戰：部分教師長期習慣傳統教學方式，對軟件技術存在畏難情緒，不愿接受新事物；在虛擬和現實實驗切換時，可能導致教學碎片化；過度依賴虛擬實驗，會弱化學生的真實實驗操作技能、觀察敏銳度和分析歸納能力。針對這些問題，可采取以下應對措施：組織同學科教師進行軟件專項培訓，開展融合公開課觀摩活動，激勵教師嘗試新的教學模式。定期開展實物實驗競賽、實驗觀察挑戰賽等活動，平衡虛實實驗的占比，保障學生有足夠的實操鍛煉機會。

參考文獻：

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