仿真實驗與電子積木相結合的物理電磁學教學思考

吳 芳

(汾湖高級中學，江蘇 蘇州 215211)

#物理·技術·社會#

仿真實驗與電子積木相結合的物理電磁學教學思考

吳 芳

(汾湖高級中學，江蘇 蘇州 215211)

在飛速發展的社會,教學也需要我們與時俱進．仿真實驗和電子積木結合的物理電磁學教學不僅可以提高物理教學效率,而且更重要的是把枯燥的教學變成有趣的搭積木游戲,讓學生可以更喜歡物理課程,跟喜歡自己探索物理過程．

仿真實驗； 電子積木； 電磁學教學

1 引言

物理仿真實驗越來越多的應用于高中物理教學,尤其在電磁學的教學中,它讓教育效率提高一大進步．但不可否認,傳統的親手操作的物理電磁實驗教學更具說服力,但它給我們不少學生的感覺是按部就班的枯燥．因此,在中小學興趣小組中廣泛開展的很有趣味性也日漸完備的電子積木逐漸進入筆者的視線．為了能讓高中學生在緊張的物理課程中,更有興趣的完成一些物理教學實驗,筆者試探著引入仿真實驗與電子積木相結合的物理電磁學教學．

2 仿真實驗在物理電磁學教學中的優勢

物理是一門實驗科學,物理學習當然也以實驗為基礎．相較傳統的電磁學實驗,仿真實驗在物理電磁學教學中有著更加明顯的優勢．

2.1 填補不可實現的實驗器材的空缺

在目前的物理電磁學實驗教學中,由于很多實驗儀器精密、復雜、昂貴,往往只用作教師演示實驗,而不能允許學生自行進行實驗參數設計、儀器的反復調整等等,這對學生探究儀器性能及結構、理解該實驗的設計思想以及方法是很不利的．甚至諸如質譜儀、回旋加速器等實驗器材我們學校也是不可能有條件創備的．而物理仿真實驗卻在電磁學教學領域很好地填補了這一空缺．它用虛擬實驗平臺實現了移動實驗室,直觀地再現了電磁實驗場景,讓學生隨時隨地可以在手機、平板、電腦上操作．

2.2 利用微視頻和仿真實驗實現課前預習的可操作性

微視頻具有短、準、精的優點,微視頻結合網絡技術更具有強大的信息傳播功能．而仿真實驗通過虛擬實驗平臺,學生可以預習和復習實驗原理,實驗的器材、實驗的步驟,實驗的注意事項,可以實現實驗的仿真操作,尤其可針對抽象的嫌少生活經驗的物理電磁學實驗．通過微視頻和仿真實驗相結合的課前預習教學,為物理實驗課程改革指明新的方向,提供有利條件．

2.3 大大提高物理教學效率

傳統的教師演示實驗視角狹窄又轉瞬即逝,只有前面的少數學生可以看清,大多學生抱怨觀察漏掉細節,而學生分組實驗由于耗費時間較長,不能每個物理電子實驗都實現分組操作．而物理仿真實驗可以在大屏幕上把每個器材放大,把實驗的每個細節、步驟,清晰到位地展示出來,并且在實驗操作的注意點上可控制進行畫面回放、暫留,讓學生反復觀察,細細體會,直到把操作注意事項一一理清,也可避免分組實驗的盲目操作,大大提高了物理教學的效率．

3 電子積木從研究性學習引入課堂教學

電子積木將電源、導線、燈泡 、電阻、電表、開關,甚至二極管、三極管、電容、震動開關、溫控開關、無線發射器、發電機、電動機、喇叭、集成塊等電子元器件固定在塑料片(塊)上,用獨特的子母扣做成獨立可拼裝的配件,在產品配置的安裝底板上像拼積木一樣拼裝電路組合．

表1 零件

續表

單純的仿真物理實驗教學缺乏真人的實際互動,紙上談兵,久而久之,養成學生動手能力差,思維模式固定化,容易被仿真實驗預先設計的大結果所影響,主觀性太強,而物理又需要不斷創新,這無疑不益人才的培養．因此新興的電子積木映入我的眼簾,而且基本可以覆蓋高中物理電磁學所有實驗,為什么不可以把他和仿真實驗結合起來呢?

3.1 小學電子百拼作為社團的普及化

電子百拼是一項集知識性、趣味性為一體的科教項目,是一種以電子積木為載體,用拼搭方式完成各種電子實驗的電子教學,重在培養小學生基本科學素養和電子技術的動手操作能力,提高學生的創新意識、創造能力、個性化發展等必要素質．幾乎每個小學都有電子百拼的社團,是學生最受歡迎的社團,電子百拼也因此成為不少家長給子女的玩具．有的學校高年級甚至有智能機器人、無線電測向、電子制作等科技項目,我國也有各類電子百拼省市、國家級比賽,大大普及了物理電學知識．電子百拼的普及化,讓筆者看到了把電子積木引入課堂的可能性．

3.2 初高中電積木研究性學習日趨成熟

在初高中的綜合性實踐課程中,變幻無窮的電子積木是綜合實踐教師最喜歡的選擇的項目,也是學生最喜歡參加的課程,同時是學校科普日、科技周不可或缺的亮點．專職科技輔導員多由物理教師擔任,因為我們有很好的理論基礎知識和指導學生開展活動的能力,還要接受研究性學習專業培訓,不斷提升自己的業務水平和專業素質,帶領團隊參加各類科技教育活動和青少年科技創新比賽．既然電子積木這門綜合課程這么受學生歡迎,把它引入物理課堂應該也是一個很好的想法．

3.3 電子積木引入課堂的可操作性

初高中可把電子積木這種“動手做,做中學”這種先進的教育理念和模式引入課堂,利用課上課下,校內校外相結合的模式開展活動,進行積極的嘗試,不僅利于課堂物理探究式實驗教學的探索,也幫助了學生課后社會科學實踐活動開展,更有助于提高學生的科學探索精神和創新思維．而且電子積木的購買基本在200多元的可承受范圍,遠遠低于平板教學所需成本,學校即可用于研究性學習和也可用于輔助物理課堂教學,具有很高的可操作性．

4 仿真實驗與電子積木相結合的物理電磁學教學初步實踐

基于我校研究性學習的電子積木,結合物理仿真實驗,對物理電磁學教學的新模式進行了一些初步實驗．以下是筆者在完成“描繪小燈泡伏安特性曲線”課前預習、分組實驗探究、復習總結等教學過程中的一些探索．

4.1 課前預習

在學習整理課上,讓學長安排預習教材,播放物理仿真實驗“描繪小燈泡伏安特性曲線”讓學生了解實驗目的,實驗原理,電路圖,實驗器材,按照實驗步驟,連接實物圖,觀察實驗現象,可以讓學生對該實驗有個初步認識,也大大節約了課上介紹實驗的時間,提高了課堂效率．當然一些學生心中對電路圖埋下了疑惑,這不是他們所熟知的滑動變阻器的限流接法,一經他們課上提出,不僅加深了學生的學習興趣,也提高了他們上課的專注程度．

圖1

圖2

4.2 分組實驗探究

圖3

在第2天的物理課上,先讓不服氣的學生們用他們看好的限流法組裝實驗,由于有了電子積木的幫助,每2位學生合作幾乎只用了2min就搭好了,調整滑動變阻器,發現,電流表、電壓表變化不大,并且數據不能從0開始．然后我們又快速的播放仿真實驗,讓學生跟著仿真實驗介紹,利用電子積木再次拼搭分壓法的電路圖,記錄實驗數據,進行分析．透明塑料底板也非常適合整體移動電路,針對一些學生電路圖的錯誤連接,筆者讓他們隨時進行實物投影展示,共同解決問題,加深印象．最讓筆者驚訝的是,整個過程比以往節約了幾乎一半的時間,并且學生表現出的濃厚興趣是以往從來沒有的．學生非常期待下一次的實驗課,甚至有學生表示馬上買一套自己課后做實驗．

4.3 復習總結

當然實驗處理結束后,我們又再次利用物理仿真實驗進行了實驗原理,電路圖,實驗器材,實驗步驟,連接實物圖,數據處理等復習,尤其是連接實物圖中的滑動變阻器,是與電子積木不同的．因此老師再次展示了一次實物電路操作,讓學生可以更深一層體會．

5 總結

對于仿真實驗與電子積木相結合的物理電磁學教學,筆者做的這些只是筆者的一些初步的探索．然而,卻從中看到了不少有點:它可以讓學生更喜歡做物理實驗,它可以大大節約上課的時間,它可以實現一些像各種傳感器這類學生感興趣卻課堂不能實現人人動手操作的實驗,它可以改變我們物理課堂的整個氛圍．為此,將繼續努力探索……

2017-01-11)