有關(guān)仿真物理實(shí)驗室物理教學(xué)論文

　　一、仿真物理實(shí)驗室概述

　　仿真物理實(shí)驗室是一個(gè)設備較為齊全的模擬真實(shí)實(shí)驗的物理教學(xué)軟件平臺，此軟件一般包括三個(gè)仿真模塊，即《運動(dòng)及動(dòng)力學(xué)模塊》《電學(xué)模塊》和《光學(xué)模塊》，各個(gè)模塊又各自包含許多實(shí)驗器具和集成實(shí)驗環(huán)境，學(xué)生可以在任意組合的虛擬的實(shí)驗環(huán)境中構建仿真的各種環(huán)境，自主設置實(shí)驗對象的各種參數，通過(guò)智能仿真做到動(dòng)畫(huà)與數據的結合，以其實(shí)現逼真的物理實(shí)驗效果。

　　二、仿真物理實(shí)驗教學(xué)模式的構建

　　物理仿真實(shí)驗教學(xué)模式是在網(wǎng)絡(luò )版“仿真物理實(shí)驗室”環(huán)境下進(jìn)行的實(shí)驗教學(xué)，是基于發(fā)現式探究教學(xué)理論的四個(gè)環(huán)節即創(chuàng )設情境提出問(wèn)題、引導學(xué)生提出假設、驗證假設、歸納總結和“仿真物理實(shí)驗室”在高中物理實(shí)驗教學(xué)方面的切身實(shí)踐，逐漸形成對仿真物理實(shí)驗教學(xué)模式的構建。仿真物理實(shí)驗教學(xué)過(guò)程為：學(xué)生播放仿真實(shí)驗室中的內置課件→教師創(chuàng )設情境提出問(wèn)題并引導建立實(shí)驗假設→教師根據實(shí)驗難度系數安排決定學(xué)生獨立實(shí)驗和小組協(xié)作實(shí)驗→學(xué)生進(jìn)行邏輯推理而探究實(shí)驗結論→學(xué)生獨自驗證實(shí)驗結論并在一定條件下改變實(shí)驗參數進(jìn)行實(shí)驗創(chuàng )新→教師揭秘實(shí)驗難點(diǎn)并歸納總結實(shí)驗結論。

　　三、運用仿真物理實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行高中物理實(shí)驗的案例設計和分析

　　1.仿真物理實(shí)驗室在力學(xué)中的案例設計和分析

　　關(guān)于力學(xué)實(shí)驗涉及很多，但有些實(shí)驗在傳統的演示實(shí)驗的操作過(guò)程中會(huì )因為環(huán)境條件的限制會(huì )使得實(shí)驗結果發(fā)生一些誤差，但如果運用仿真物理實(shí)驗室在軟件環(huán)境中就可以創(chuàng )造出一個(gè)沒(méi)有阻力的環(huán)境，從而實(shí)現實(shí)驗預期目標。筆者擬選擇動(dòng)量守恒定律來(lái)作為力學(xué)中的典型案例來(lái)闡述仿真物理實(shí)驗室的教學(xué)模式。以下內容為運用仿真物理實(shí)驗室進(jìn)行動(dòng)量守恒定律的教學(xué)過(guò)程設計：（1）創(chuàng )設情境一是播放仿真物理實(shí)驗室內置的課件進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示：兩個(gè)雞蛋同時(shí)從相同等距離的高度分別落到木質(zhì)桌面和沙灘上，前者破碎而后者卻完好無(wú)損。二是拋出問(wèn)題，如動(dòng)畫(huà)演示現象如何解釋?zhuān)炕騼膳雠鲕?chē)相撞，其動(dòng)量如何變化？三是提出實(shí)驗假設并進(jìn)行實(shí)驗。把相撞的碰碰車(chē)或兩雞蛋抽象成仿真物理實(shí)驗室的兩個(gè)小球，觀(guān)察不同變量對兩個(gè)小球的變化。（2）實(shí)驗任務(wù)在仿真物理實(shí)驗室的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，讓學(xué)生設定不同質(zhì)量和相同質(zhì)量?jì)煞N情況下的小球，分別實(shí)驗一靜一動(dòng)相撞、相向相撞和同向相撞，計算兩小球動(dòng)量變化的結果，并改變參數多次實(shí)驗來(lái)驗證動(dòng)量守恒定律。（3）實(shí)驗過(guò)程一是在工具箱中選擇兩小球并據實(shí)驗需要設定質(zhì)量和坐標參數；二是畫(huà)出一個(gè)20m長(cháng)度的直線(xiàn)軌道并設置參數和為零的摩擦系數；三是將兩小球放置直線(xiàn)軌道上，分別進(jìn)行一靜一動(dòng)相撞、相向相撞和同向相撞并記錄速度；四是改變小球質(zhì)量和初速度，多次實(shí)驗并對應記錄，探索動(dòng)量變化規律；五是進(jìn)行小組實(shí)驗并對實(shí)驗難點(diǎn)討論；六是老師歸納總結實(shí)驗結論。為深刻理解這一定律，可做這樣的實(shí)驗：運動(dòng)的藍色小球沿左方向碰撞固定在彈簧上的綠色靜止小球（如圖1所示）。橫縱坐標分別為時(shí)間軸和速度軸，即代表兩小球的運動(dòng)時(shí)間和速度變化。

　　2.仿真物理實(shí)驗教學(xué)模式對于高中學(xué)生的應用效果

　　筆者基于對某高中一段期間的實(shí)地調查和反饋，獲知學(xué)生通過(guò)仿真物理實(shí)驗學(xué)習，不僅學(xué)習興趣與日俱增，而且學(xué)生的思維能力和創(chuàng )新能力得到發(fā)展。例如，在創(chuàng )新能力考察方面，一是看學(xué)生是否由知識注重轉向能力注重，二是看學(xué)生對知識的應用和遷移能力。能力考察方式有許多種，在此只選取一例進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。譬如教師可以給出一定的實(shí)物讓學(xué)生自主設計實(shí)驗來(lái)驗證動(dòng)能定理。其中，一位學(xué)生這樣操作：將木塊A和木塊B用細繩連接繞過(guò)定滑輪，木塊A和木塊B分別與長(cháng)木板右端和地面距離為h,放開(kāi)A使B帶動(dòng)A做加速運動(dòng)，結果A離開(kāi)長(cháng)木板的同時(shí)B也恰好落地。這一實(shí)驗操作如圖2所示：

　　四、結語(yǔ)

　　仿真物理實(shí)驗室只是更好地為高中物理教學(xué)提供一個(gè)模擬真實(shí)實(shí)驗的軟件平臺，不是通用于任何教學(xué)過(guò)程之中，而要想發(fā)揮其最大功效還需采取有效策略并結合建構主義和行為主義學(xué)習理論的教學(xué)方式，來(lái)激發(fā)高中學(xué)生的興趣。不過(guò)，針對仿真物理實(shí)驗室設計的模塊對象如果引入插件機制、主模中添加時(shí)間線(xiàn)功能、實(shí)驗數據曲線(xiàn)的輸出功能中能夠自定義變量和描述運動(dòng)學(xué)以外的圖像、電學(xué)模塊中添加電感和電容等，這樣就會(huì )夠更加擴大軟件的適用范圍。

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