仿真实验辅助高中物理实验教学实践

白凡

摘 要 在高中物理实验教学中应用仿真实验，不仅能够突破时间、空间的限制，扩大学生和教师选择器材的范围，而且能培养学生的创新精神，启迪学生和教师设计新的实验方案。在阐述仿真实验辅助高中物理教学优势、高中物理教学构建仿真实验教学模式的基础上，以动量守恒定律实验为例，进行仿真实验辅助高中物理实验教学实践探索。

关键词 仿真实验；高中物理；实验教学；实验器材；仿真物理实验室

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）01-0039-03

1 前言

作为学习物理知识的重要方法，物理实验在具体教学中具有不可替代的作用，而如何提高物理实验的有效性一直是一线物理教育者所关注的焦点。所谓物理仿真实验，就是依靠计算机和仿真实验软件，模拟真实物理实验情境而采用的一种实验方法。在高中物理实验教学中，应用仿真实验不仅能够突破时间、空间的限制，扩大学生和教师选择器材的范围，而且能培养学生的创新精神，启迪学生和教师设计新的实验方案。因此，合理利用仿真实验辅助高中物理实验教学具有重要意义。

2 仿真实驗辅助高中物理教学的优势

能够保证实验的数量 在现有物理实验条件下，常常会出现实验器材缺乏或者实验条件难以满足而无法进行实验的现象，而仿真实验突破了实验器材的限制，能够提供充足的实验器材，并通过一些参数的设置有效满足实验条件，可以非常逼真地呈现物理实验情境，因此有效保证了学生探究、接触的实验数量。

有效保证实验的可视性 观察实验器材结构和实验现象是物理教学中必不可少的环节，而由于真实实验过程中实验器材较小，加之实验过程中离实验较远学生观察实验的可视性较差，学习实验的效果往往不佳。仿真实验是在计算机上完成的，可以实现每人一台计算机，并且可以充分利用仿真实验软件上的放大镜功能，对实验器材的某一部位进行单独放大，有效增强实验的可视性。

有助于实验信息的及时反馈 在仿真实验过程中，学生可以根据自己的实际需求，通过仿真实验的练习或探究模式进行操作，并根据仿真实验软件反馈出的实验步骤、错误操作以及注意事项进行重复练习。这种仿真实验过程中及时反馈的信息有助于学生及时了解错误之所在，有效强化学生对物理知识的认识。

生动形象且能有效避免危险 仿真实验不仅可以模拟真实实验中的磁感线、电流等一些看不见、摸不着的事物，而且可以形象生动地模拟出海市蜃楼、月食等现有条件下难以实现的物理现象。采用仿真实验教学模式有助于提高学生学习物理的兴趣，帮助学生理解物理现象，更为重要的是能够有效避免因实验操作不当或者实验本身存在的危险性带来的危险。

满足学生主动探究的需要 仿真实验不受空间、时间、实验器材等条件的限制，在智能手机、平板电脑上均可进行，学生可以根据自己的兴趣爱好、教学中实验要求随时进行探究。同时，学生还可以在真实实验软件中自主尝试自己的想法，有效满足主动探究的兴趣，从而提高对物理知识的学习质量。

3 在高中物理教学中构建仿真实验教学模式

仿真物理实验室是在网络环境下实施的，需要教师精心设计出实验情境，指导和启发学生思考，而学生需要根据实验要求进行实验探究。笔者结合多年教学实践，探索出图1所示构建仿真实验教学模式。

在实验教学前，学生观看与本节实验相关的仿真物理实验室内置课件。同时，为了激发学生的兴趣，促使学生主动参与实验，教师应精心创设教学情境，引导学生提出实验假设，呈现出本节实验课程的目的、要求等。

然后，组织学生进行独立实验。学生根据本节课程实验要求、目的，充分掌握实验原理，并进行独立实验。在具体教学中为了使学生有足够的时间不断修改实验参数，独立实验一般以20分钟为宜，并根据自己的实验结果不断总结出实验结论。

随后，组织学生进行小组协作实验。为了进一步发挥小组集思广益、探讨交流实验结论的目的，在独立实验之后，应以小组的形式进行小组协作实验，并且小组协作实验的时间一般以15分钟为宜。值得说明的是，在具体分组时，笔者常常以实验室中三台相邻计算机为一个小组，让学生进行协作交流。

最后，归纳总结实验结论。根据学生得出的实验结论，讲授本节实验课程的重难点知识，并对实验过程中的注意事项帮助学生进行总结。

4 仿真实验辅助高中物理实验教学实践

动量守恒定律是高中物理教学中的重点实验，如果利用传统教学方式，由于各种阻力的作用，相当数量的学生难以明白动量守恒定律的真正原理，不能充分地验证实验结论，并且实验探究仅是重复教材中的实验过程，学生学习兴趣低下，学习效果不佳。因此，为了最大限度地让学生获得最为直观的感知，达到理想的实验结果，笔者利用仿真物理实验室辅助实验教学，组织学生自动探索动量守恒定律。

教学目标

1）熟练掌握仿真物理实验室软件界面，并会对其实验对象属性进行设置。

2）理解动量守恒定律的含义，熟练掌握定律使用的条件和范围。

3）激发学生探究的兴趣，能够应用能量守恒定律解决两个物体相互作用的问题，不断培养学生分析、解决问题的能力，提高学生的科学素养。

教学重难点知识 探究动量守恒定律的过程，熟练掌握动量守恒定律是教学的难点，应用动量守恒定律解决实际问题时教学的重点。

教学方式 应用探究—发现式教学策略，组织学生自主设计实验，在网络版仿真物理实验室环境下，改变实验参数进行多次实验，自主操作推导出动量守恒定律，并结合多种实验方法，熟练掌握实验原理和定律在实际生活中的应用。

实验步骤

1）创设情境，提出问题。为了激发学生探究的兴趣，引导学生提出实验假设。笔者组织学生观看仿真物理实验室内置的课件，请他们思考：两个鸡蛋从同一高度落下时，为什么落在水泥地面上比落在沙滩上易碎？在碰碰车游戏中，为什么碰碰车边缘总是要安置十分厚的胶皮？当两辆碰碰车发生相撞时，其动量又是如何变化的？endprint

2）实验假设，呈现任务。让学生在任务的驱动下进行探索，并在网络环境下，利用仿真物理實验室设置出两个相同质量的小球，应用其中的一个小球撞击另外一个小球，计算出两个小球动量的变化；根据实验所得结果，推理出动量守恒定律，并多次改变实验参数，验证并熟练掌握动量守恒定律。

3）教师引导，探索真知。组织学生进入仿真物理实验室界面进行独立实验，具体实验过程如下：

首先，在仿真物理实验室界面中自主选择两个小球，并设定出每个小球的质量、坐标等参数；

其次，设置轨道摩擦因数为零，轨道长度30米；

再次，进行实验相撞，将第一步设置的两个小球放置在直线轨道的两端，让小球以不同的速度相向进行碰撞，并记录相撞后小球的初速度；

最后，改变实验参数，多次进行验证，探究出相撞前后小球动量变化的规律，帮助学生总结出动量守恒定律。

在上述独立实验完成后，笔者组织学生进行协作实验，以相邻的三台计算机为一组，对照前面独立实验中每个学生得出的结论进行探讨和相互验证，帮助学生归纳总结出实验结论，不断完善知识结构。

综上所述，现代教育理念认为，发现问题比解决问题更有意义。在动量守恒实验探究过程中，学生发现非常感兴趣的问题，这正是仿真实验的优势所在。例如：两个同等质量同等高度下释放的小球，其中一个小球做平抛运动，另一个小球做自由落体，两球相撞后的画面如图2所示；一个蓝球以3 m/s的速度相撞固定在弹簧上的绿球，以速度为纵坐标，以时间为横轴，两球相撞过程中的v-t图像如图3所示。正是因为这种有趣的现象，才更好地激发了学生学习的兴趣。

5 结语

总之，与真实实验相比，仿真实验还是存在一定的不足，如感知程度差、不利于学生对实验进行独立思考等。因此，在具体的物理实验教学中，并不是所有的实验都需要通过仿真物理实验室进行探究，而是主要在一些受现有实验条件限制、抽象性和危险性较强的实验中实施。只有这样，才能充分发挥出仿真物理实验室的优势，才能激发出学生探究的兴趣。

参考文献

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