仿真實驗在初中物理電學教學中的應用

（寧夏回族自治區海原縣西安中學，寧夏 海原 755208）

一、物理仿真實驗在初中物理教學過程中的應用實例

（一）依靠虛擬仿真實驗研究電路短路問題

電路短路問題是初中物理教學過程中的難點。虛擬仿真實驗利用虛擬電學工具箱，提升了學生針對短路問題的了解和認知，確保學生掌握解決變式問題與實際問題的水平。下面是實驗環節演示：

實驗環節1：要求學生觀察電源短路問題

首先根據虛擬電學工具箱提供的電源、電表、開關、保險絲等配件，運用鼠標拖動構成一個短路；

其次，把電源兩級與開關兩端連接同時打開開關，（提問：“將會發生什么現象？”）觀察現象；

最后，連接電流表（提問：“會發生什么現象？”）觀察現象。

利用實驗表明，第二步中會產生“干電池短路”的警示語，第三步就會產生電流表超過最大值的情況。此環節的虛擬實驗讓學生感受電源短路同時知道電源短路會導致極大電流出現同時將電源燒毀、發生火災情況。

實驗環節2：電源短路之后的保護方法

首先，在發生短路的電路（連接電流表）中串聯保險絲同時打開開關（提問：“會發生什么現象？”）觀察現象；

其次，獲得結論，為保險絲斷裂，電流表數值為零。此環節的虛擬實驗讓學生了解串聯保險絲是為了避免電源短路的方法之一，并且在情況允許下可以展示閘刀開關、空氣開關等避免短路的配件。

（二）根據虛擬仿真實驗研究閉合電路中的歐姆定律

歐姆定律是初中物理教學過程中最基礎的定律之一，是延伸電學知識與研究電路的基本，虛擬仿真實驗依靠虛擬電學工具箱，創設出閉合電路中歐姆定律的推導演示環節，如：

實驗環節1：推導前的設想

首先，依靠虛擬仿真實驗過程中的虛擬電學工具箱，演示各種電壓下小燈泡的亮度；

其次，演示出在同一電壓不同電阻下小燈泡的亮度情況；

最后，提問：“電流的改變可能和什么因素有關？”“電壓不變，電阻變大，電流會出現什么樣的變化”等同事得出結論，所以，相同電阻下，電壓變大則電流變大；電壓相同，電阻變大則電流變小。

實驗環節2：研究在相同電阻下電流和電壓的關系

電阻保持不變，利用改變電池數量使電壓值增大，觀察電流的改變情況同時記錄下來，獲得結論與規律。就是：在保證電阻不變時，電流根據電壓的增大而增大并且始終保持電壓與電流的比值不變，總結出R=U/I 的公式。

實驗環節3：研究在相同電壓下電流和電阻的關系

電壓保持不變，根據改變電阻的數量使電阻值變大，觀察電流的改變情況同時記錄下來，總結出：在相同電壓下，電流根據電阻的增大而變小且始終保證電阻與電流的乘積不變，得出U=IR 的公式。

二、“仿真物理實驗”在實驗教學過程中的作用

（一）“仿真物理實驗室”確保了實驗項目與數量，使其不受時間與空間的限制

部分實驗需要耗費的資源很多，對于儀器操作要求很高，并且損耗很嚴重，大部分學校一般不會使用。實驗設備更新時間相對來說很長，不能與現代科技的發展同步，存在著學生數量和實驗基礎設備、實驗開出規模滯后的比例不平衡等問題。”“仿真物理實驗”的退出，使實驗設備不足和經費不足得到了彌補，確保了物理實驗的項目和數目。其通用性高，可靠性強，易于維護與升級更新，并且取消了實驗條件的特殊影響（例如光學實驗必須在陰暗環境下進行等）以及實驗對于環境的限制。

作為一個“開放性實驗室”其沖破了時間與空間的限制，學生能夠課外進行實驗，也能夠利用網絡，隨時隨地進行自學，使學生能夠根據自身興趣選擇性學習，同時使不同層次的學生都可以得到滿足。

并且它通過信息技術方式，提升了學校硬件設備的使用率，提升了實驗效率。

（二）“仿真物理實驗”既可以利用三維立體動畫將實驗儀器全面展示給學生，同時也能夠將關鍵部位拆卸開來，針對儀器內部零件實施解剖調試，同時可以在實驗中觀察儀器的不同指示與內部結構動作，提升了學生對于儀器的掌握程度與其功能和把控度，能夠更有效地使學生理解儀器的工作原理。

“仿真物理實驗”可以幫助完成部分儀器在實際實驗中很難實現的實驗，生動形象、清楚地展示實驗全部過程，以便于學生觀察實驗細節，避免遺漏，減少由于觀察范圍的局限性或者其他因素的影響而出現思維誤區的影響。

另外，“仿真物理實驗”具備很強的適應力，也能夠經過設置與再次開放，變成理論教學的輔助工具從而拓寬學生視野，使學生發揮想象力，提升學生實驗與學習積極性。

三、讓“仿真物理實驗”相關軟件發揮其作用

第一，要求學校領導與教師提升教育與教學思想，具備課程整合的概念，改變傳統教學模式；第二，新的科技的應用，學生研究精神、分析水平、創新思想的提升，同時也對教師的知識架構、科研水平提出了挑戰。教師應該最大程度提升相關能力；同時，在應用模擬實驗室中，教師的素質與經驗都有著很重要的作用，因此應該提升教師的信息素質與應用軟件的能力，既要發揮其在實驗前與復習中的長處，要通過學生實際情況實施調整與再創作，又要耗費力氣努力分析，把光電、傳感等技術和它合理結合到一起，掌握“仿真物理實驗”與傳統實驗的最好聯合點。通過仿真技術不斷發展，相信“仿真物理實驗”的使用范圍與前景會更加廣泛，物理實驗教學的道路也會越來越廣闊。