仿真实验助力高中物理实验教学

【摘 要】物理实验是高中物理教学的主要环节，主要用于培养学生的物理知识实际应用能力，发展高中生的学科素养。现实教学中，现代高中物理实验教学虽然具有一定的实践性，但由于实验教学内容脱离实际，且教师没有详细展示理论知识的应用方式，学生在实验中仍存在概念模糊的问题，理论知识的应用能力提升缓慢。为改善这一现状，一些教师提倡使用仿真实验的方式来辅助实验教学。本文对此展开研究，阐述仿真实验的基本概念与特征，论述高中物理实验教学的现状问题，并结合仿真实验提出改善策略。

【关键词】仿真实验;高中;物理实验教学

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）34-0113-02

高中物理实验是教师在学生具备一定理论知识后开展的一项实践教学工作，要求学生将以往所学的知识应用于实验，解决实验中的问题，达到相应的学习目标，提高物理知识实践应用能力。直接开展物理实验教学虽然能让学生能力提高，但并不能保障学生能力提高的效率、达标的幅度，这说明直接开展实验教学有一定缺陷，需进行改善。

1   仿真实验基本概念与特征

1.1  概念

仿真实验并不是现实意义上的实验，而是利用计算机技术、数字化技术在信息环境中构建实验环境、实验配置等，其中所有内容在数据上都与现实环境中的相关事物相同，相当于对现实事物进行真实模仿。因此人们直接通过仿真实验可以对现实事物的发展情况有比较深入的了解，并能规避现实实验中一些影响实验正常进行的不良因素[1]。如研究互成角度的二力合成时，在仿真实验环节，依照标准实验流程让仿真模拟事物在现实事物的角度、力学参数条件下进行合成。实验者依照合成逻辑能在仿真实验中发现一些可能出现的问题，并思考解决问题的方案，这样实验者就能在现实实验时有所准备，进而提高实验的成功率和数据的科学性。

1.2  特征

仿真实验具有真实性、逻辑性、可调整性三大特征，具体如下。

1.2.1  真实性

仿真实验的意义就体现在对现实事物的高度真实模仿。仿真实验的真实性特征体现在两个方面：①数量与结构，仿真实验中的事物与现实实验中的事物在数量与结构上必须完全一致，这样才能构建完整的实验基础;②功能与数据，仿真实验中的事物与现实实验中的事物在功能与数据上也必须完全一致，这样才能在仿真环境中模拟实验过程。

1.2.2  逻辑性

仿真实验具有逻辑性特征，即仿真实验的整个流程逻辑与现实实验的整个流程逻辑完全一致。仿真实验中可人为揉进一些特殊逻辑，如想要展示实验中经常发生的错误，就可以根据错误逻辑来开展仿真实验。

1.2.3  可调整性

仿真实验的真实性特征及逻辑性特征就是其可调整性特征的最好佐证，即在真实性特征下，人之所以能设置仿真环境，并将环境内的事物数量、结构、功能、数据设置得与现实事物一样，就得益于可调整性特征，这也是仿真实验形成的基础。同时在逻辑性特征下，实验者要想展示不同的逻辑，就要对相关数据进行调整，这也是可调整性特征的体现。

2   高中物理实验教学的现状问题

2.1  缺乏过渡环节

当前很多高中物理实验教学都是在理论教学完成后直接开展，其中并没有过渡环节，这使学生在思想还没有转变过来的情况下就突然进入实验状态，致使学生在实验中不知所措，面临较大的学习困境。学习是一个循序渐进的过程，只要某个阶段的学习落后教学进度，就可能出现长期的困扰，这种现象在高中物理实验教学中比较常见[2]。如新进入高中的学生在刚刚接触高中实验课时，对实验项目、实验要求还没有清晰的认知，但教学依旧按部就班开展，所以在实验教学开展半个月后，常出现部分学生跟不上教学进度的现象，这说明学生遇到了较大的学习困难，学习质量大打折扣。所以高中物理实验教学需要进行改善，应加入过渡环节。

2.2  学生表现被动

高中物理实验教学作为一项富有实践性的项目，学生在学习中应有较强的主动性，会自主思考问题、找寻解决问题的方法，这样才能提升教学质量。但事实上，因为缺少过渡环节，多数学生在实验教学中较为被动，如果教师不讲解，学生就不会自主开展实验。而在实验教学开展前，教师一般都以单一的理论教学为主，学生被动接受知识即可，这种被动学习的习惯会被带入实验教学，使学生陷入想主动但不知从何入手的状态。这种状态下，学生的想法很难通过实验得到实现，学习主动性会慢慢被消磨，加速被动习惯的形成。

2.3  实验趋向理论

虽然高中物理实验教学需要学生自己动手完成，但学生的整个操作过程必须符合标准。这种现象就使得富有实践性的实验教学趋向于理论教学。很多高中物理实验教学设计中，学生所采用的事物类型、角度、结构与教材范例相同，实验结果也完全一致，整个教学没有体现出实践操作的动态性变化，反而趋向于理论标准。如此设计的高中物理实验教学的实践性并不强，反而向理论教学靠拢，使实验教学本末倒置，无法保障教学质量。

3   仿真实验下高中物理实验教学的改善策略

根據高中物理实验教学的现状问题可知，该项教学的质量并没有得到保证。而这些问题均可借助仿真实验来进行改善，下文将提出仿真实验下高中物理实验教学的改善策略。

3.1  活用信息技术，增设过渡环节

根据对“缺乏过渡环节”问题的分析可知，高中物理实验教学中的过渡环节非常重要，因此需要在教学中增设这一环节。考虑到教学课时的限制，不能让教师将部分课时专门用于仿真实验教学，否则可能会影响理论、实验教学的质量。针对过渡环节的课时问题，建议教师采用信息技术构建线上教学环境，在课外开展过渡环节，引导学生利用碎片时间，实现理论向实践的思想过渡和转化，教师也可在课外对学生进行教导，帮助学生完成思想上的过渡。如教师在实验教学中使用离线教学（信息教学技术的一种形式）增设过渡环节，教师在课堂教学以外结合理论知识设计仿真实验范例，并将范例以视频形式上传到信息平台，学生能随时随地下载视频进行学习，通过观看仿真实验范例，了解如何在实验中使用理论知识，如此循环即可实现思想转化，利于学生在现实实验中发挥能力。

3.2  帮助学生掌握仿真实验操作方法，引导学生主动实验

为让学生在高中物理实验中展现出较强的主动性，教学应以学生为主体、教师作为引导者的模式进行。如在牛顿第二定律的教学中，某学生在理论环节产生“是否可以将牛顿第二定律应用于高空坠物危险性的实验中？”的问题，这时可引导学生自主使用仿真实验进行验证，通过实验可知高空坠物在什么样的加速度条件下会对人造成伤害、造成什么样的伤害，使学生有条件将想法付诸实践，这体现了仿真实验在物理实验教学中的助力作用。同时教师在理论教学中应注重引导，结合理论知识或实验项目向学生提出问题，激发学生的主动性，让学生转换思维，再通过仿真软件进行实验测试，检验想法的可行性，这有利于高中物理实验教学质量的提升。

3.3  以仿真实验为导向，鼓励学生实践自身想法

为避免高中物理实验教学趋向于理论化，教师要在教学中让学生对实验项目进行思考，根据实验方法的功能、目的，在现实环境中选择实验材料、目标等，随后帮助学生对实验材料进行测量，将测量成果导入仿真软件，让学生通过仿真实验自主检测所选事物是否可以用于实验，构建一个独特的实验流程。在这个过程中，教师不应太过干涉，应当鼓励学生实践自身想法，也可以对学生提出一些问题，让学生有方向地进行实践。

综上所述，通过分析仿真实验的概念与特征，可知仿真实验是可以融入高中物理实验教学的。本文随后对高中物理实验教学的现状问题进行了阐述，说明该教学工作现状表现不佳，存在改善的必要，而利用仿真实验对现状问题进行改善，能起到提高高中物理实验教学质量的作用。

【参考文献】

[1]白凡.仿真实验辅助高中物理实验教学实践[J].中国教育技术装备，2018（1）.

[2]施正华.仿真实验在高中物理实验教学中的应用研究[J].成才之路，2019（14）.

【作者简介】

张丽（1975～），女，本科，中学高级教师。研究方向：高中物理教育。