基于仿真物理實驗室的教學初探*
——以NoBook仿真物理實驗為例

桂媛媛

(安徽省滁州中學 安徽 滁州 239000)

當今社會發(fā)展是人才的競爭，是科技的競爭．科技不僅促進了時代和文明的進步，在教育中也發(fā)揮著異常重要的作用．

高中物理教學不僅要教會學生物理知識，感受科學家嚴謹?shù)倪壿嬐评恚惨I學生新的思維觀念以更好地適應日新月異的社會發(fā)展，因此將信息科學技術應用于中學物理教學勢在必行．物理作為一門以實驗為基礎的學科，讓學生充分理解物理實驗，愛上物理實驗，創(chuàng)新物理實驗，對高中物理教學至關重要．因部分傳統(tǒng)物理實驗受到實驗儀器的限制，面臨操作不方便，數(shù)量有限，設備老化等各種問題，使得一線教學中很難讓學生能夠自己實際操作實驗．為了解決這類問題，更好地輔助物理教學，筆者所在學校引入了NoBook仿真物理實驗室軟件(以下簡稱NB仿真物理)，這是信息科學技術應用于教育教學的一種創(chuàng)新．

NB仿真物理是一款物理教學軟件，分為“電與磁”“力學”“光學”“聲學”“熱學”“近代物理”“家庭電路”“力與運動”共八大模塊，每個模塊中不是單純地演示課本中要求的現(xiàn)成的實驗，而是提供綜合性實驗室中較為完善的實驗儀器，可以按照自己的需求隨意組合，創(chuàng)建新的實驗．該軟件的引入極大地調(diào)動了學生探究物理的積極性，豐富了課堂教學，已經(jīng)成為本校物理教學中不可或缺的一部分．下面筆者將從幾個方面深入分析NB仿真物理在高中物理教學中的優(yōu)勢之處．

1 輔助傳統(tǒng)實驗

傳統(tǒng)物理實驗，由于實驗儀器的限制，不能隨意更換物理參數(shù)，不便于學生更深入探究某些規(guī)律．而NB仿真實驗中每一個裝置都能更改設置物理參數(shù)，選擇范圍很廣，能滿足探究的各類要求．

例如，在電學實驗中，通常應用滑動變阻器來調(diào)節(jié)和保護電路，滑動變阻器連入電路的方式有限流接法和分壓接法，兩種接法對滑動變阻器的要求不同．在學習這部分內(nèi)容時，學生通常對分壓接法中滑動變阻器的最大阻值要小于待測電阻這一要求難以理解．因此，在教學中，直接運用NB仿真實驗軟件設計一個分壓接法電路實驗，如圖1所示．

圖1 NB仿真物理軟件界面演示分壓電路實驗

在設備欄中選擇相關儀器，連接一個基本分壓電路，定值電阻阻值為20 Ω，另有滑動變阻器可在設置框中調(diào)節(jié)最大阻值(5 Ω，10 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω，1 000 Ω)．實驗時，閉合開關，將滑動變阻器滑片位置從10%,20%,30%等依次調(diào)節(jié)到90%，結果可直接填在表格上，最后將結果用圖像表示出來，如圖2所示．

圖2 定值電阻兩端電壓與滑片位置變化關系

經(jīng)過以上分析，學生能很清楚地認識到滑動變阻器阻值小于待測電阻時，電壓調(diào)節(jié)的線性度更好．學生也可在課下自己重新選擇設備，重新進行實驗，非常安全且方便．

2 擴大觀察范圍

物理是研究物質一般運動規(guī)律和物質基本結構的學科，從低速宏觀環(huán)境到高速微觀環(huán)境，大到宇宙，小到基本粒子都在研究范疇之內(nèi)．而因此在學習過程中有很多現(xiàn)象學生在日常生活中難以觀測到，理解起來就更困難了．一般高中實驗設備較為簡陋，難以滿足教學階段的所有需求．這時可以借助NB仿真物理實驗觀察現(xiàn)象，使學生有直觀感受，加深理解．

例如，在學習原子的核式結構模型這一內(nèi)容時，充分理解α粒子散射實驗至關重要．打開NB仿真物理實驗軟件，在“近代物理”模塊找到該實驗儀器(圖3)，實驗中既可以觀察到該儀器內(nèi)部結構，也可以觀察放大鏡置于不同角度處粒子的散射軌跡以及該方向散射的粒子數(shù)，現(xiàn)象非常清晰明了．

圖3 仿真物理實驗界面演示α粒子散射實驗

3 創(chuàng)新物理實驗

在物理教學中，除了完成教科書中涉及的內(nèi)容，使學生掌握基本的物理知識和方法，也非常鼓勵學生創(chuàng)新，對感興趣的部分繼續(xù)深入思考研究，以此獲得新的發(fā)現(xiàn)．因此教師應鼓勵學生多做實驗，甚至發(fā)掘新的實驗．但是有的物理儀器對實驗要求較高，或者較為昂貴，或者存在危險性，并不適合借給學生自行研究，這時，就可以鼓勵學生使用NB仿真物理軟件，里面有大量充足的實驗儀器任其組合并使用，并且對于實驗中操作不規(guī)范的地方，例如實驗儀器超過量程等都會顯示警告，學生也不用擔心會損壞儀器．

4 理解復雜情境

NB仿真物理軟件除了可以完成物理實驗以外，也可以對學生在做題時遇到的復雜情境進行還原，以使學生更直觀形象地觀察物體的運動，幫助理解題目，進行正確求解．

例如，在學習帶電粒子在磁場中的運動這一節(jié)時，學生對于單個粒子的運動軌跡能自行分析出來，但對于相同粒子以相同速率沿不同方向射入勻強磁場的軌跡理解就存在一定的困難，這時可利用NB仿真物理軟件“力與運動”這一模塊提供的環(huán)境和元件按照題目中給出的條件進行設置，即可演示出多個粒子的運動軌跡(圖4)，使學生能夠直觀感受，便于更好地理解題目，從而總結規(guī)律，找到求解問題的方法．

圖4 仿真物理實驗界面演示多粒子運動軌跡

上述分析，列舉了將仿真物理實驗軟件應用到中學物理教學的幾大優(yōu)勢，能夠激發(fā)學生的探究興趣，加強直觀感受，提高教學效率．當然，它的作用不僅限于此，值得繼續(xù)研究發(fā)掘．但也需注意的是，仿真物理實驗軟件只是起到輔助教學的作用，但是不能鍛煉學生的動手能力，因此并不能將傳統(tǒng)實驗完全摒棄，有條件的學校應該形成“傳統(tǒng)實驗+仿真實驗”相結合的有效教學模式，從而進行更優(yōu)質的教學．