NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室在構(gòu)建初中物理高效課堂中的應(yīng)用研究

宋明麗

【摘要】在新課標(biāo)改革和教育信息化技術(shù)的雙重推動(dòng)下，物理作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，物理教師們更是需要在全新教學(xué)理念的指導(dǎo)下，盡快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)方式，構(gòu)建“以學(xué)生為主體”的高效課堂.利用NOBOOK物理實(shí)驗(yàn)室使物理課堂變得更具交互性和靈活性，這樣的高效課堂可以快速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望、持續(xù)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，從而實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo).

【關(guān)鍵詞】初中物理；信息技術(shù)；高效課堂

1 研究背景

1.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中指出，要持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合，全面提升師生信息素養(yǎng)，為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)工具和豐富的教育環(huán)境.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中指出：“義務(wù)教育物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)”.新課標(biāo)中增加了“實(shí)驗(yàn)探究”“跨學(xué)科實(shí)踐”兩大主題，這都明確了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性.

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)運(yùn)而生.早在1990年，Magin D J等人已經(jīng)對(duì)交互式虛擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)過程性工程教育的影響進(jìn)行了探究，近幾年國(guó)內(nèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室也得到了飛速的發(fā)展.目前我國(guó)的仿真實(shí)驗(yàn)室主要分為兩大類，一類應(yīng)用于高等教育教學(xué)，另一類則應(yīng)用于基礎(chǔ)教育教學(xué)中，如NOBOOK物理虛擬實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱NB實(shí)驗(yàn)室）.NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)緊密結(jié)合教師教學(xué)場(chǎng)景，遵循學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，還要幫助廣大物理教師充分地創(chuàng)設(shè)情境、演示現(xiàn)象、解釋原理，幫助學(xué)生更好地激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣.

1.2 高效課堂

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，構(gòu)建高效課堂成為教學(xué)中的重要一環(huán)，努力提升教學(xué)效率、切實(shí)有效地改善學(xué)習(xí)效果已經(jīng)成為初中物理教師們課堂教學(xué)的基本目標(biāo)之一.高效課堂是對(duì)有效課堂的拓展，在其基礎(chǔ)上更側(cè)重優(yōu)化教學(xué)效率、強(qiáng)調(diào)教學(xué)效益、追求教學(xué)影響.簡(jiǎn)言之，在短短的四十分鐘的課堂上，初中物理教師們不僅要完成教學(xué)任務(wù)，還要達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，不斷地通過學(xué)科學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)階段所需具備的核心素養(yǎng).

在新課標(biāo)改革背景下，若想要構(gòu)建初中物理高效課堂，必須結(jié)合初中學(xué)生的年齡、心理發(fā)展特點(diǎn)等展開教育教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)還需要“以學(xué)生為中心”，為學(xué)生創(chuàng)造良好的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并提供充足的物理實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使得學(xué)生在不慌不忙的實(shí)驗(yàn)中把握物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)思維，掌握物理知識(shí)與技能，并能夠嘗試在現(xiàn)實(shí)生活中解決問題.

2 NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室助力構(gòu)建初中物理高效課堂

在“雙減”政策的影響下，教師需要全面改革課堂教學(xué)模式，創(chuàng)新課堂教學(xué)方法，從而有效提高課堂教學(xué)效率，來提高學(xué)生的知識(shí)水平，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，也大大減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān).實(shí)現(xiàn)“雙減”目標(biāo)的關(guān)鍵舉措是：提高課堂教學(xué)質(zhì)量.這都無不體現(xiàn)了現(xiàn)下構(gòu)建高效課堂的重要性與急迫性.以下是NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室助力構(gòu)建高效課堂的途徑.

2.1 NOBOOK助力創(chuàng)設(shè)課堂情境，營(yíng)造生動(dòng)形象的學(xué)習(xí)環(huán)境

教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)往往是我們傳統(tǒng)教學(xué)所缺失的，但實(shí)際上它應(yīng)該要貫穿高效課堂的始終，教師通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造教學(xué)情境，可以增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將學(xué)生的注意力牢牢地鎖定在課堂.

例如 “研究物體的浮沉條件”是滬教版九年級(jí)上冊(cè)物理教材§6.4的內(nèi)容，是一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課，讓學(xué)生通過探究“水中雞蛋浮沉”實(shí)驗(yàn)進(jìn)而理解潛艇的工作原理，同時(shí)掌握物體的浮沉條件.

教師通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建雞蛋在水中沉底的情境，如圖1.

師 同學(xué)們結(jié)合生活常識(shí)想一想可以通過什么樣的方法實(shí)現(xiàn)雞蛋的上浮呢？

生 可以向水中加鹽，使水變?yōu)辂}水，液體密度增大了，雞蛋就會(huì)上浮.

師 那么同學(xué)能不能利用我們學(xué)過的阿基米德原理嘗試解釋一下呢？

生 當(dāng)雞蛋浸沒在液體中，因?yàn)閂不變，ρ變大，根據(jù)F=G=ρVg可知，F(xiàn)增大，當(dāng)F>G時(shí)，雞蛋就會(huì)上浮了.

2.2 NOBOOK助力優(yōu)化教學(xué)方式，豐富學(xué)習(xí)方法

當(dāng)前初中物理教學(xué)很難實(shí)現(xiàn)高效課堂，關(guān)鍵在于教師的教學(xué)理念過于陳舊，難以滿足現(xiàn)代化的教學(xué)需求.現(xiàn)如今為了在課堂上加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，學(xué)生可以利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室自由探究一些平時(shí)在課堂上難以操作的、具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn).

例如 “大氣壓強(qiáng)”是滬教版九年級(jí)上冊(cè)物理教材§6.6的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)測(cè)量時(shí)，托里拆利實(shí)驗(yàn)需要利用水銀柱產(chǎn)生的液體壓強(qiáng)間接測(cè)出大氣壓的數(shù)值，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)利用的液體水銀有毒，存在很大的安全問題，所以教師無法在課堂演示該實(shí)驗(yàn)，但是現(xiàn)在可以讓學(xué)生使用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探究.

以下是使用NOBOOK物理實(shí)驗(yàn)室的操作步驟，如圖2.

（1）首先用手指堵住裝滿水銀的玻璃管倒插入水銀槽中；

（2）接著松開手指觀察到玻璃管中的水銀液面下降，最終停在距水槽中的水銀面76.0cm的高度處；

（3）然后傾斜玻璃管，觀察到玻璃管內(nèi)外的水銀高度差仍然為76.0cm；

（4）接著改變玻璃管的粗細(xì)，將玻璃管的橫截面積變?yōu)樵瓉淼?倍，會(huì)發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)外的水銀高度差仍然為76.0cm不變；

（5）最后調(diào)整大氣壓強(qiáng)的參數(shù)，將其設(shè)置為0.8，我們會(huì)看到玻璃中的水銀柱高度降至60.8cm.

操作完這些步驟后，學(xué)生就可以深刻理解水銀柱產(chǎn)生的液體壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，大氣壓強(qiáng)越小，管內(nèi)外的水銀高度差就越小，也能夠理解在該實(shí)驗(yàn)中，玻璃管是否傾斜、玻璃管的粗細(xì)都不會(huì)影響大氣壓強(qiáng)值的測(cè)定.

2.3 NOBOOK助力抽象知識(shí)可視化，幫助學(xué)生理解、掌握、應(yīng)用知識(shí)

在物理課堂上，會(huì)有很多利用物理建模法建立的物理模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)這些板塊都是比較無力的.針對(duì)這種情況，可以用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室來模擬實(shí)驗(yàn)，從而讓學(xué)生理解抽象的物理概念和物理模型，實(shí)現(xiàn)抽象問題的可視化.

例如 “磁場(chǎng) 磁感線”是滬教版九年級(jí)下冊(cè)物理教材§8.2的內(nèi)容，在課堂上我們常用到的實(shí)驗(yàn)器材是立體式磁感演示器，這個(gè)器材設(shè)置了過多的小磁針，雖然利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)器材可以讓學(xué)生觀察到條形磁鐵不同位置處的小磁針的指向不同，但是學(xué)生觀察起來是非常費(fèi)力的.為了解決這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，可以通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室來模擬條形磁鐵周圍小磁針的指向，從而理解小磁針在該位置的N極指向即為該處的磁場(chǎng)方向，如圖3STYLEREF2＼s.

2.4 NOBOOK助力打破時(shí)空限制，支持課外深度探究

在學(xué)習(xí)了阿基米德原理之后，進(jìn)行了“杯中放物”模型的研究，學(xué)生在課堂上往往很難理解將物體直接放入杯中與使用彈簧測(cè)力計(jì)拉著物體使其浸入液體這兩種情況下，容器對(duì)地面的壓力的變化情況，很多同學(xué)認(rèn)為這應(yīng)該是相同的，ΔF都應(yīng)該等于G.針對(duì)這個(gè)問題，可以讓學(xué)生在課下使用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主探究.如圖4STYLEREF2＼s.當(dāng)將物體直接放入容器中時(shí)，ΔF=2.34N-1.47N=0.87N=G；當(dāng)使用彈簧測(cè)力計(jì)拉著物體使其浸沒在液體時(shí)，ΔF=1.57N-1.47N=0.1N，此時(shí)F=G-F=0.87N-0.77N=0.1N，故ΔF=F.

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室與初中物理教學(xué)有效融合，不但驅(qū)動(dòng)著新時(shí)代背景下信息技術(shù)與教育教學(xué)快速融合，也讓物理教學(xué)更加科學(xué)化、嚴(yán)謹(jǐn)化，這都在很大程度上為高效課堂的建設(shè)與學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展提供了必要的基礎(chǔ)條件.在此，呼吁各位物理教師能夠嘗試將虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量，在點(diǎn)滴中積累，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)高效課堂的普及化.

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