仿真實驗輔助高中物理實驗教學實踐

白凡

摘 要 在高中物理實驗教學中應用仿真實驗，不僅能夠突破時間、空間的限制，擴大學生和教師選擇器材的范圍，而且能培養學生的創新精神，啟迪學生和教師設計新的實驗方案。在闡述仿真實驗輔助高中物理教學優勢、高中物理教學構建仿真實驗教學模式的基礎上，以動量守恒定律實驗為例，進行仿真實驗輔助高中物理實驗教學實踐探索。

關鍵詞 仿真實驗；高中物理；實驗教學；實驗器材；仿真物理實驗室

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）01-0039-03

1 前言

作為學習物理知識的重要方法，物理實驗在具體教學中具有不可替代的作用，而如何提高物理實驗的有效性一直是一線物理教育者所關注的焦點。所謂物理仿真實驗，就是依靠計算機和仿真實驗軟件，模擬真實物理實驗情境而采用的一種實驗方法。在高中物理實驗教學中，應用仿真實驗不僅能夠突破時間、空間的限制，擴大學生和教師選擇器材的范圍，而且能培養學生的創新精神，啟迪學生和教師設計新的實驗方案。因此，合理利用仿真實驗輔助高中物理實驗教學具有重要意義。

2 仿真實驗輔助高中物理教學的優勢

能夠保證實驗的數量 在現有物理實驗條件下，常常會出現實驗器材缺乏或者實驗條件難以滿足而無法進行實驗的現象，而仿真實驗突破了實驗器材的限制，能夠提供充足的實驗器材，并通過一些參數的設置有效滿足實驗條件，可以非常逼真地呈現物理實驗情境，因此有效保證了學生探究、接觸的實驗數量。

有效保證實驗的可視性 觀察實驗器材結構和實驗現象是物理教學中必不可少的環節，而由于真實實驗過程中實驗器材較小，加之實驗過程中離實驗較遠學生觀察實驗的可視性較差，學習實驗的效果往往不佳。仿真實驗是在計算機上完成的，可以實現每人一臺計算機，并且可以充分利用仿真實驗軟件上的放大鏡功能，對實驗器材的某一部位進行單獨放大，有效增強實驗的可視性。

有助于實驗信息的及時反饋 在仿真實驗過程中，學生可以根據自己的實際需求，通過仿真實驗的練習或探究模式進行操作，并根據仿真實驗軟件反饋出的實驗步驟、錯誤操作以及注意事項進行重復練習。這種仿真實驗過程中及時反饋的信息有助于學生及時了解錯誤之所在，有效強化學生對物理知識的認識。

生動形象且能有效避免危險 仿真實驗不僅可以模擬真實實驗中的磁感線、電流等一些看不見、摸不著的事物，而且可以形象生動地模擬出海市蜃樓、月食等現有條件下難以實現的物理現象。采用仿真實驗教學模式有助于提高學生學習物理的興趣，幫助學生理解物理現象，更為重要的是能夠有效避免因實驗操作不當或者實驗本身存在的危險性帶來的危險。

滿足學生主動探究的需要 仿真實驗不受空間、時間、實驗器材等條件的限制，在智能手機、平板電腦上均可進行，學生可以根據自己的興趣愛好、教學中實驗要求隨時進行探究。同時，學生還可以在真實實驗軟件中自主嘗試自己的想法，有效滿足主動探究的興趣，從而提高對物理知識的學習質量。

3 在高中物理教學中構建仿真實驗教學模式

仿真物理實驗室是在網絡環境下實施的，需要教師精心設計出實驗情境，指導和啟發學生思考，而學生需要根據實驗要求進行實驗探究。筆者結合多年教學實踐，探索出圖1所示構建仿真實驗教學模式。

在實驗教學前，學生觀看與本節實驗相關的仿真物理實驗室內置課件。同時，為了激發學生的興趣，促使學生主動參與實驗，教師應精心創設教學情境，引導學生提出實驗假設，呈現出本節實驗課程的目的、要求等。

然后，組織學生進行獨立實驗。學生根據本節課程實驗要求、目的，充分掌握實驗原理，并進行獨立實驗。在具體教學中為了使學生有足夠的時間不斷修改實驗參數，獨立實驗一般以20分鐘為宜，并根據自己的實驗結果不斷總結出實驗結論。

隨后，組織學生進行小組協作實驗。為了進一步發揮小組集思廣益、探討交流實驗結論的目的，在獨立實驗之后，應以小組的形式進行小組協作實驗，并且小組協作實驗的時間一般以15分鐘為宜。值得說明的是，在具體分組時，筆者常常以實驗室中三臺相鄰計算機為一個小組，讓學生進行協作交流。

最后，歸納總結實驗結論。根據學生得出的實驗結論，講授本節實驗課程的重難點知識，并對實驗過程中的注意事項幫助學生進行總結。

4 仿真實驗輔助高中物理實驗教學實踐

動量守恒定律是高中物理教學中的重點實驗，如果利用傳統教學方式，由于各種阻力的作用，相當數量的學生難以明白動量守恒定律的真正原理，不能充分地驗證實驗結論，并且實驗探究僅是重復教材中的實驗過程，學生學習興趣低下，學習效果不佳。因此，為了最大限度地讓學生獲得最為直觀的感知，達到理想的實驗結果，筆者利用仿真物理實驗室輔助實驗教學，組織學生自動探索動量守恒定律。

教學目標

1）熟練掌握仿真物理實驗室軟件界面，并會對其實驗對象屬性進行設置。

2）理解動量守恒定律的含義，熟練掌握定律使用的條件和范圍。

3）激發學生探究的興趣，能夠應用能量守恒定律解決兩個物體相互作用的問題，不斷培養學生分析、解決問題的能力，提高學生的科學素養。

教學重難點知識 探究動量守恒定律的過程，熟練掌握動量守恒定律是教學的難點，應用動量守恒定律解決實際問題時教學的重點。

教學方式 應用探究—發現式教學策略，組織學生自主設計實驗，在網絡版仿真物理實驗室環境下，改變實驗參數進行多次實驗，自主操作推導出動量守恒定律，并結合多種實驗方法，熟練掌握實驗原理和定律在實際生活中的應用。

實驗步驟

1）創設情境，提出問題。為了激發學生探究的興趣，引導學生提出實驗假設。筆者組織學生觀看仿真物理實驗室內置的課件，請他們思考：兩個雞蛋從同一高度落下時，為什么落在水泥地面上比落在沙灘上易碎？在碰碰車游戲中，為什么碰碰車邊緣總是要安置十分厚的膠皮？當兩輛碰碰車發生相撞時，其動量又是如何變化的？endprint

2）實驗假設，呈現任務。讓學生在任務的驅動下進行探索，并在網絡環境下，利用仿真物理實驗室設置出兩個相同質量的小球，應用其中的一個小球撞擊另外一個小球，計算出兩個小球動量的變化；根據實驗所得結果，推理出動量守恒定律，并多次改變實驗參數，驗證并熟練掌握動量守恒定律。

3）教師引導，探索真知。組織學生進入仿真物理實驗室界面進行獨立實驗，具體實驗過程如下：

首先，在仿真物理實驗室界面中自主選擇兩個小球，并設定出每個小球的質量、坐標等參數；

其次，設置軌道摩擦因數為零，軌道長度30米；

再次，進行實驗相撞，將第一步設置的兩個小球放置在直線軌道的兩端，讓小球以不同的速度相向進行碰撞，并記錄相撞后小球的初速度；

最后，改變實驗參數，多次進行驗證，探究出相撞前后小球動量變化的規律，幫助學生總結出動量守恒定律。

在上述獨立實驗完成后，筆者組織學生進行協作實驗，以相鄰的三臺計算機為一組，對照前面獨立實驗中每個學生得出的結論進行探討和相互驗證，幫助學生歸納總結出實驗結論，不斷完善知識結構。

綜上所述，現代教育理念認為，發現問題比解決問題更有意義。在動量守恒實驗探究過程中，學生發現非常感興趣的問題，這正是仿真實驗的優勢所在。例如：兩個同等質量同等高度下釋放的小球，其中一個小球做平拋運動，另一個小球做自由落體，兩球相撞后的畫面如圖2所示；一個藍球以3 m/s的速度相撞固定在彈簧上的綠球，以速度為縱坐標，以時間為橫軸，兩球相撞過程中的v-t圖像如圖3所示。正是因為這種有趣的現象，才更好地激發了學生學習的興趣。

5 結語

總之，與真實實驗相比，仿真實驗還是存在一定的不足，如感知程度差、不利于學生對實驗進行獨立思考等。因此，在具體的物理實驗教學中，并不是所有的實驗都需要通過仿真物理實驗室進行探究，而是主要在一些受現有實驗條件限制、抽象性和危險性較強的實驗中實施。只有這樣，才能充分發揮出仿真物理實驗室的優勢，才能激發出學生探究的興趣。

參考文獻

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