NOBOOK虛擬實驗平臺在高中物理教學實踐中的應用

摘" 要：在新課改及數字化教學背景下，虛擬仿真技術走進中學物理課堂，為物理實驗教學提供了一種新的模式.文章以“磁場對通電導線的作用力”教學片段為例，主要從創設軍事應用情境、創設問題情境、創設模型構建三個方面出發，利用NOBOOK虛擬實驗平臺進行物理教學，旨在克服傳統實驗不足，提高課堂效率和實驗效果.

關鍵詞：NOBOOK虛擬實驗平臺；科學探究；高中物理

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）18-0083-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡介：包曉靜（1999.12—），女，山東省海陽人，研究生，從事中學物理教學研究;

張志紅（1964—），女，山東省蓬萊人，博士，教授，從事分子反應動力學的理論研究.

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》從學科的角度要求提升學生物理學科的核心素養［1］.物理課程標準明確要求“信息技術與課程整合”是課程目標之一.在物理實驗教學中使用多媒體（投影儀、平板電腦）和虛擬仿真實驗等信息技術會逐步提高物理教學質量.

1" NOBOOK虛擬實驗平臺介紹

NOBOOK虛擬實驗平臺是一款集物理、化學、生物和小學科學等多個學科于一體的虛擬仿真實驗教學軟件.對于中學生來說，整個系統的操作相對簡單方便，學生既可以通過點擊“觀看演示”直接觀看視頻內容，也可以在系統中通過“新建實驗”進行創建，并根據課程需要選擇合適的器材進行操作.虛擬仿真實驗的應用，使課堂上學生實驗環節的用時縮短，效率提高，以更加智能化、開放化的形式呈現實驗過程，使許多在課堂上難以進行的實驗得以呈現，學生能夠更好地參與到課堂實驗教學中.

NOBOOK的虛擬實驗平臺涵蓋了初中和高中課程標準所規定的全部物理實驗.虛擬仿真實驗可以引導學生形成科學思維習慣，增強科學探究能力，發展自主學習能力和創新能力，為今后走向社會、參與實踐、解決實際問題奠定堅實的基礎［2］.

目前國內在虛擬仿真實驗平臺的研究和應用發展迅速，在中學教學實踐運用方面相對較少，文章將“磁場對通電導線的作用力”作為一個教學案例，具體介紹在高中物理教學中如何融合NOBOOK虛擬仿真實驗輔助教學［3］.

2" NOBOOK虛擬實驗平臺的應用

2.1" 創設軍事應用情境，引出物理定義

在“磁場對通電導線的作用力”課堂教學的引入環節中，為了更好地落實立德樹人根本任務，教師播放在央視《軍武零距離》節目中首次曝光中國電磁炮的發射試驗現場畫面，讓學生體會我國領先的電磁炮技術，激發學生的愛國熱情［4］.由于電磁軌道炮的發射過程非常復雜，因此，教師在課堂上用自制電磁炮（由強磁鐵、導軌、導體、開關、炮彈組成）展示電磁軌道炮的基本原理，如圖1所示.

通過趣味實驗激發學生學習興趣，從而引出本節課課題：磁場對通電導線的作用力.帶領學生回顧之前學習的相關知識，引出安培力的定義.

2.2" 創設問題情境，合作探究實驗

2.2.1" 回顧半定量探究安培力大小實驗

教師向學生介紹安培在電磁學上的偉大貢獻，培養學生不畏艱難、敢于接受新事物的勇氣.然后向學生講解可以半定量探究安培力大小及方向的實驗裝置——安培力演示儀（將電流表、電源、開關、滑動變阻器及演示器連接），如圖2所示，同時展示它可以通過拆卸得到三種情況的磁場.

接著帶領學生回顧安培力大小和電流、磁感應強度以及導線長度的關系，讓學生小組合作利用NOBOOK虛擬實驗平臺分別探究在其他條件不變的情況下，分別改變電流大小、磁感應強度大小以及導線長度后安培力的大小變化情況.探究電路圖如圖3所示，其中安培力的大小與電流大小的關系圖如圖4所示，學生展示實驗結果如表1、表2和表3.

2.2.2" 探究影響安培力方向的因素

回顧了安培力的大小后，帶領學生探究安培力的方向.教師引導學生根據探究安培力大小的實驗，猜想影響安培力方向的因素.利用安培力演示儀，演示電流方向對安培力方向的影響實驗.最終得出結論：安培力的方向和電流方向有關.

教師演示實驗后，引導學生利用NOBOOK虛擬實驗平臺自行探究磁場方向對安培力方向的影響.最終得出實驗結論：安培力的方向還和磁場方向有關.此環節使學生產生認知需要，激活學生的思維.

2.2.3" 探究安培力、電流與磁場三者之間的方向關系

為深入探究三者方向之間的關系，教師通過問題引導學生獨立設計實驗方案，從磁場方向和電流方向平行以及垂直的兩種特殊情況到磁場方向和電流方向成任意角度時的一般情況.

設計方案的過程中體現了由特殊到一般的思維過程.

問題：當磁場方向和電流方向成任意角度時，我們可以如何處理？

學生想到平行四邊形法則，帶領學生通過矢量分解將一般情況轉化為兩種特殊情況，只需研究垂直和平行兩種情況即可.從而鍛煉學生自主設計實驗方案的能力，讓學生成為課堂的主人.

學生分組進行實驗探究，分別探究磁場和電流平行、垂直情況下的初始情況以及改變磁場和電流方向后的安培力、電流、磁場三者之間的方向關系，實驗示意圖如圖5、圖6、圖7和圖8，并將實驗現象記錄在表格中，如表4所示.教師展示學生記錄的實驗現象，帶領學生對現象進行分析.

2.3" 創設模型構建，實現思維可視化

根據實驗現象表格可以發現磁場方向和電流方向平行時不產生安培力，因此只需探究磁場方向和電流方向垂直情況下三者之間的方向關系即可.

在現象分析的基礎上，引導學生利用桌面上提供的三色木棍和橡皮泥構建三者的空間立體模型.通過控制變量，逐次改變磁場方向、電流的方向之間三者的模型，如圖9、圖10和圖11所示，以加深學生對三者空間位置關系的理解.

學生通過三者之間的聯系，最終得出實驗結論：通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應強度的方向都垂直.

3" 結束語

文章以“磁場對通電導線的作用力”教學為例，結合NOBOOK虛擬仿真實驗平臺完成教學，克服了教師演示實驗用到的安培力演示儀數量不足的問題，使每個學生都能積極參與到實驗探究中去，使探究實驗環節更便捷更方便，顯著縮短了課堂中實驗探究環節部分的時長.同時，利用虛擬實驗平臺極大地減少了實驗過程中可能出現的意外，實現零誤差.

參考文獻：［1］ 趙蕓赫，李春密，馬宇翰等.中學生實驗問題解決過程中科學能力的表現研究［J］.物理教師，2022，43（12）：2-7，13.

［2］ 王革，齊海燕.基于NOBOOK虛擬實驗平臺的初中物理實驗教學實踐［J］.中國現代教育裝備，2021（24）：70-72.

［3］ 劉芷余，秦宇飛，柴萬東.虛擬仿真軟件在中學物理實驗教學中的應用：以高中物理實驗“伏安法測電阻”為例［J］.赤峰學院學報（自然科學版），2023，39（6）：60-63.

［4］ 周盼盼.基于NOBOOK虛擬仿真實驗的初中物理教學實踐探析：以“電流熱效應”教學為例［J］.湖南中學物理，2022，37（8）：76-79.

［責任編輯：李" 璟］