高中物理仿真演示實驗設計

洪淇

摘要：在高中物理教學中，仿真演示實驗的開展克服了傳統物理實驗中實驗抽象、具有危險性、物理實驗器材短缺、學生時間緊等缺點，能夠有效培養學生的動手實驗能力。

關鍵詞：高中物理；信息技術；仿真演示實驗

1 高中物理實驗中存在的問題分析

高中物理新課程標準提出，在高中物理實驗教學中鼓勵教師采用多樣化的教學形式，支持學生積極參與實驗、自主進行探究性實驗，讓學生養成良好的科學精神。由于種種原因，目前在高中物理實驗教學中仍存在一些問題，影響了我們學生的學習 。

1）高中物理實驗過程中依然強調理論知識的傳授，不注重實踐技能培養。高中生面臨高考壓力，教師在實驗教學過程中重視提高學生的分數，忽視學生能力的培養，實驗教學過程中關心高考物理考綱中的內容，要求學生熟記實驗原理、實驗器材、實驗步驟和實驗結論等，對于創新性實驗設計的題目，學生很難靈活運用知識進行解答 。

2）高中物理實驗教學方法比較單一 。一類是傳統的演示實驗，教師操作實驗，學生觀察實驗，完成實驗報告。這種實驗以教師活動為主，學生參與不積極，很難體會到實驗的樂趣。另一類物理實驗采用的教學方法是教師逐一講解實驗目的、實驗原理、實驗器材和實驗過程中的注意事項等，學生完全按照教師的講解重復實驗，驗證物理公式。這種實驗教學方法限制了學生的思維發展，也不利于學生進行創新性實驗。

2 仿真演示實驗實施過程分析

動量守恒定律是高中物理教學中非常重要的一個內容，每年高考試卷中都有涉及這方面的題目，是高中物理實驗教學中的難點和重點。動量守恒定律主要講述相互作用的物體，在不受外力的作用或者受到的合外力為零的情況下，物體的總動量保持不變。動量守恒定律適用范圍比較廣，小到微觀的粒子，大到宏觀的天體。動量守恒定律廣泛的適用范圍和動量的四性（矢量性、相對性、系統性和同時性）決定了其內容比較抽象，學生難理解，高考丟分比較多。

實驗理論依據 本實驗的理論依據是動量守恒定律，仿真演示實驗過程中需要注意：1）物體碰撞前后受到的合外力為零；2）不同條件下物體的質量和速度都要記錄好，平拋運動的小球在平拋方向上是勻速直線運動，水平方向的合外力為零，滿足動量守恒定律。

優化教學策略 本實驗主要采用分組―合作教學策略和探究―發現教學策略，全班學生每六人為一組進行仿真演示實驗。學生自主探究影響動量守恒定律實驗的因素，不斷地改變實驗參數進行多次實驗；記錄每次實驗數值，運用計算機軟件對實驗數據進行整理；掌握動量守恒定律的內容和實驗原理，并學會應用到日常生活中，達到學以致用的教學目的。

演示實驗教學過程

1）創設教學情境，激發學生的學習興趣。教師在每組學生面前的電腦中播放視頻：小時候同學們都比較喜歡玩碰碰車，碰碰車前面都安裝有厚厚的膠皮，所以怎么碰也不會壞；兩個雞蛋從桌子上掉下來，掉到地面的雞蛋摔碎了，但是落到海綿上的雞蛋完好無損。提出問題：演示一下兩個質量相等的小球在碰撞過程中，動量發生什么樣的變化？帶著問題，學生開始進行動量守恒定律實驗。

2）仿真演示運動和靜止的物體碰撞后動量守恒。首先演示在光滑的水平地面上有兩個質量相同的鐵球A和鐵球B，鐵球B保持靜止，鐵球A在碰撞前的速度為v1，發生碰撞后，鐵球A和鐵球B的狀態是怎樣變化的。接著演示兩個質量不同的鐵球A和鐵球B，鐵球B保持靜止，鐵球A在碰撞前的速度為v1，發生碰撞后鐵球A和鐵球B的狀態是怎樣變化的。每組學生都需要多次重復這兩種情況并記錄好實驗數據，計算這兩種情況下動量的變化是否遵從動量守恒定律。

3）仿真演示兩個運動的物體在碰撞過程中動量守恒，斜面下滑的小球在碰撞過程中動量守恒。在電腦中模擬實驗桌進行斜槽固定，安裝過程中注意保證斜槽末端和導軌保持水平，也就是保證小球平滑地從斜面滑入導軌平面。仿真操作鐵球A和鐵球B在碰撞過程中動量守恒。首先，設置鐵球A和鐵球B的質量和位置坐標，設置摩擦因數為零（光滑沒有摩擦力）的軌道，設置軌道的長度。其次，把鐵球A和鐵球B分別放在直線軌道的兩頭，以相同的初速度進行相向運動，發生碰撞后記錄鐵球A和鐵球B的速 度；然后把鐵球A和鐵球B放在直線軌道的一頭，鐵球A在后面，鐵球B在前面，但是鐵球A的初速度大于鐵球B，記錄在運動過程中鐵球A和鐵球B發生碰撞后的速度分別是多少。最后，多次改變鐵球A和鐵球B的質量和初速度，重復進行以上兩個實驗，記錄實驗數據。

4）彩色小球運動碰撞實驗。為了進一步激發學生的物理實驗興趣，仿真實驗設置紅色和綠色兩個固定在彈簧上的小球，紅色小球不動，設置綠色小球以一定的初速度向紅色小球方向運動并碰撞紅色小球；碰撞后，紅色小球和綠色小球交換速度，紅色小球開始壓縮彈簧運動后，又向反方向運動并碰撞綠色小球……紅色小球和綠色小球不停地交換速度，不停地碰撞。學生設想這兩個彩色小球會不會一直這樣運動碰撞？

5）學生整理實驗數據，利用Excel軟件進行數據處理，總結仿真演示實驗過程中遇到的問題和動量守恒定律的內容。

教學評價 教學評價包括教師對教學過程的評價、教學內容的評價和學生學習效果的評價。在本次仿真演示實驗中，學生動手動腦設計實驗過程，通過不斷地改變實驗參數（小球的質量、運動速度和運動距離等），記錄實驗數據，總結實驗結果，自己推導出動量守恒定律，創新能力和自主學習能力都有很大提高；并且熟悉了計算機軟件相關知識，鍛煉了分析問題的能力和創新能力。

學生自主學習能力大大提高 自主學習作為一種現代化學習方式，是每個學生都應該具備的一種能力。自主學習就是培養學生可以根據自己的學習實際確定學習目標、制訂學習計劃、選擇學習策略、自我控制學習過程、自我評價學習效果等。在高中物理仿真演示實驗過程中，學生根據實驗內容和實驗原理設計實驗過程，并且不斷改變實驗條件、實驗變量等，自主學習能力大大提高。

參考文獻

[1]何克抗，李克東，謝幼如，等.“主導――主體”教學模式的理論基礎[J].湖南第一師范學院學報，1999（2）：3-9.

[2]李璐.虛擬仿真實驗室應用于初中物理實驗教學的理論與實踐研究[D].西安：陜西師范大學，2009.