簡析物理模型對物理實驗教學的重要性

次仁玉珍

摘 要：仿真物理實驗室是針對中學物理教學而設計的一個實驗器具完備的綜合性實驗室軟件，由多個模塊組成，分別是主模塊、光學模塊、電學模塊、熱學模塊和初中模塊。它提供了運動對象、小球、彈簧、繩子、連桿、滑軌、電荷等實驗器具，并集成了重力場、電場、磁場、萬有引力、阻尼介質等實驗環境?？梢栽谌我饨M合的實驗環境中，搭建實驗室，創建各種物理模型，模擬實驗全過程。該軟件還提供多樣的數據輸出方式和分析方法，便于在教學過程中分析物理過程。為教師和學生提供了一個全開放的物理教學平臺和自主探索性學習平臺。本文結合中學物理課程改革的理念就仿真物理實驗室運用在中學物理教學中的意義，我進行了初步的探討。

關鍵詞：物理實驗；中學物理；教學新課改

一、運用于中學物理實驗教學中，有利于培養學生的創新能力

中學物理是以實驗科學為基礎的，實驗教學在中學物理教學中有著舉足輕重的作用。豐富多彩、生動有趣的實驗是物理實驗教學的特點，利用實驗課不僅可以讓學生記住某些相關結論、實驗步驟，而更為重要的是能夠使學生透徹理解并且完全掌握產生實驗結論的過程。實驗教學可以激發學生的學習興趣，促使學生積極主動地參與到物理教學中，而且在進行實驗操作的過程中，不僅培養了學生的動手能力，創造能力以及分析問題的能力，還培養了嚴謹、認真、耐心的科學態度。

但是在傳統中學物理實驗室存在很多弊端，比如，實驗條件的限制導致實驗結果與理論不一致，甚至相反，讓學生經常對正確的理論產生過分地懷疑；還有些中學出于安全考慮和為了避免儀器損失而在實驗室規定了許多規章制度，束縛了學生的創新性思維；甚至，有的學校教師因為實驗室太小，儀器缺乏，上實驗課需要的時間太長影響課程進度等原因，不愿意帶學生做實驗等等。這在中學物理教學中，嚴重影響了學生的動手操作能力，更是抑制了學生的創造性思維的發展。

利用仿真物理實驗室恰好可以大大改善傳統實驗教學對學生的種種制約。在操作實驗之前，學生先在仿真實驗室進行模擬實驗，幫助熟悉實驗步驟及實驗方法，熟練之后再實際操作，既做到真正動手，又避免了儀器的損壞，還節省時間，從而有效地提高實驗課教學效率。

更重要的是，仿真技術運用到實驗教學中，幫助充分調動學生的積極性，增強學生的自主意識，有利于發揮學生的創造性思維。學生在虛擬環境中操作，不受儀器短缺和害怕損壞儀器的影響，以良好的心態充分發揮想象力大膽地搭建自己創作的實驗模型，積極主動地參與到實驗教學中，使教學真正達到以學生的學為中心的新課改要求，培養學生的自主發現問題的能力。有了發現的意識和能力，才會創新。正如，陶行知先生在《第一流的教育家》一文中指出：“敢探未發明的新理，即是創新精神；敢入未開化的邊疆，即是開辟精神?！薄疤轿窗l明的新理”和“入未開化的邊疆”，指的就是“發現”。

二、運用于中學物理課堂教學中，有利于提高教學效果

在物理概念、定理和規律的講解中，經常會采用實驗演示法，對一些抽象的，難以觀察，和課堂中難以真實再現的實驗，比如，說明牛頓第一定律的伽利略理想實驗，磁感應線的空間分布，LC回路中自由電子的振蕩過程，核爆炸等，教師無法進行實驗演示，造成學生對這些知識點理解的困難，不能很好地掌握物理概念、定理或規律，甚至逐漸導致學生對物理的學習失去興趣。而采用仿真物理實驗室對這些實驗進行仿真模擬、永久再現，將抽象知識具體化、形象化，微觀現象可視化，瞬間現象永久化，可以避免過于空洞的描述，是學生產生真切的體驗，激發學生的學習熱情，促進學生學習的積極性。同時將這些難以理解和觀察的實驗現象或概念更清晰、直觀、深刻地印入學生的腦海，實現對抽象物理概念和規律的感性認識，再上升為理性認識。這樣也有助于發揮演示實驗在中學物理教學中的作用，是教學最優化。

仿真物理實驗室不單單是對實驗的模擬，也可以用來幫助分析物理規律。例如，平拋運動是垂直方向上的自由落體運動和水平方向上的勻速直線運動的合成。從自由落體運動到平拋運動，將一維空間轉變為二維空間，對這兩種運動進行對比的時候，就可以創建兩個小球，設置高度和速度等相關屬性，使其從空間中同一位置開始分別做自由落體和平拋運動，然后利用仿真物理實驗室提供的一種閃照的數據輸出方式，便可清晰地看到兩種運動情況，從而得出結論。再如，簡諧運動的新課教學中，學生習慣了分析恒力作用下物理的單程運動，對振動過程的分析和理解存在思維定勢，難以理解，在教學中輔以仿真模擬，可以有效地幫助學生進行分析，解決教學難點，提高教學效果。

還可利用它來方便地制作一些比較復雜的課件，突破技術屏障，使教師的精力主要放在如何優化課堂教學設計，從而提高教學效率。

三、運用于中學生自主學習中，有利于培養自主探究能力

中學生課后通過做習題鞏固所學內容時，會遇到一些情況復雜的物理場景，尤其是對在電場、磁場或者電磁場中運動的粒子的復雜軌跡的分析，可以在仿真物理實驗室中建立相應的物理模型，對軟件自動生成的運動軌跡進行分析，結果一目了然，幫助學生理清分析思路。在沒有老師輔導的情況下，學生也可以利用仿真模型再現習題中的物理情景，加深印象，進一步分析問題，細化知識點。對課本中的實驗與探究部分的預習，更是可以通過仿真實驗進行自主探究，加深對物理現象的印象，便于對物理定理或規律的理解。這樣，不僅幫助學生較容易地掌握基礎知識和基本技能，還使學生學會自主探究，對物理學科產生積極情感，逐步形成努力求知，樂于在探索中獲取新知的心里素質，培養不斷探索的科學精神。這也是中學物理新課程改革中所倡導的?？傊?，合理地將仿真物理實驗室運用到中學物理教學中才能充分發揮它的力量和魅力，使其有效地服務于教學過程。

參考文獻：

[1]王海東.淺談如何提高高中物理教學質量[J].都市家教月刊，2013（9）：51.

[2]孫福江.如何提高初中物理教學質量[J].青少年日記：教育教學研究，2011（12）：74-75.

（作者單位：西藏日喀則市南木林縣第一中學）