仿真实验在初中物理线上教学实践中的应用

郑炳文

【摘要】物理学科是一门建立在观察和实验基础上的自然学科，实验教学在物理教学中是一个必不可少的重要环节。但在新冠施虐，至今仍不时有地区需线上教学的情况下，线上物理教学实验演示常常缺乏设备和手段。笔者在 2020 年初有使用仿真实验软件线上教学的经验，在此与大家分享。

【关键词】物理仿真实验;线上教学;应用

物理是一门建立在观察和实验基础上的自然学科，在正常教学环境中，实验教学是一个必不可少的重要环节，不仅要老师演示，还需要学生亲自动手观察、感受。

2020 年初的线上教学期间，笔者作为一名初中物理教师，在进行重要的物理八下力学内容教学时，一度缺乏演示力学实验所需的设备和手段。后来，笔者想起了仿真实验软件。经过那段时间线上教学及仿真实验软件应用的实践，摸索并总结了一些“仿真实验软件”的使用经验。

时至今日，疫情仍有反复，不时有地区需线上教学，为解受疫情影响师生在线物理实验教学的燃眉之急，特将自己的一点经验抛砖引玉，与大家分享。

一、软硬件选择

（一）硬件选择：传统笔记本或台式电脑。传统笔记本或台式电脑的通用接口多，拓展能力强，软件功能丰富，可多个软件后台并行运作，且切换方便。相比之下，手机、平板只是便携性好，在线上教学方面优势不大。因此，在线上教学使用中，笔者还是推荐老师们首选传统电脑。

（二）仿真实验软件：从教以来笔者陆续接触过一些仿真实验软件，但现在翻出来，要么年代久远系统不兼容，要么功能不全、效果不理想。经过一番搜寻比较，我发现了一款名叫“仿真物理实验室”的仿真软件，该软件有跨系统、跨平台版本，既方便老师电脑演示，也适合学生在电脑、平板、手机等不同平台亲自操作。本文便以该软件进行介绍。

二、仿真实验软件功能

打开软件，显示的界面下方有“经典实验”及“DIY 实验”两项，默认为经典实验，即显示初中物理各章内容;“DIY 实验”是沙盒模式，可以让使用者把所有实验出现过的器材自由组装、试验。

仿真实验的“仿真”是要求软件能尽可能模拟真实物件的表现，而不是像课件一样机械僵硬地一步步呈现结果。例如在该仿真实验软件中，用鼠标按住“弹簧测力计”不放，并顺着测力计方向快速拖动，测力计“指针”会和现实中的弹簧测力计一样，快速跳动，在仿真力学实验里，这个弹簧效果正是所需的。

以物理八下第八章《测量滑动摩擦力》为例，以下是案例流程。

案例流程：

①教师用仿真软件演示回顾《二力平衡》及《影响滑动摩擦力的因素》内容。

②课件展示《测量滑动摩擦力》实验内容。

③教师用仿真软件演示，让软件以 1 倍速、2 倍速自动拉动弹簧测力计进行实验，学生记下弹簧测力计对应数值。教师翻转木块重复演示，让学生记下弹簧测力计数值，总结。

④提问：“通过前面学习我们知道，木块处于平衡状态时受力平衡，弹簧测力计显示的对木块的拉力大小等于木块所受滑动摩擦力大小。但我们手动操作时，真的能做到匀速直线运动吗？”接着示范直接拖动弹簧测力计水平向右尽量匀速运动，但测力计指针来回跳动不能稳定显示，这个操作可以让学生自己尝试体验。然后引导学生思考：我们实际上有办法做到像软件演示的长时间保持“1 倍速”、“2 倍速”的效果吗？

这里很多学生会走入“电脑软件都是理想化，实际中做不到”的误区，都回答做不到。 老师揭示：其实有办法，例如，用电动机代替手拉，可以做到匀速直线运动。

⑤老师继续引导：还有一种情况，如果让弹簧测力计拉动木块保持匀速直线运动不容易做到，我们还可以想想，平衡状态除了匀速直线运动，还有静止状态，静止在实际中很普遍，容易做到，当然，我们要测量的是滑动摩擦力，不是静摩擦力，结合这两点，那么有没有办法做到木块静止，但是接触面在滑动呢？

有学生想到：固定弹簧测力计拉着木块保持不动，拉着木块下面的长木条运动，长木条运动不均匀不影响滑动摩擦力大小，也不影響木块保持静止状态。

⑥学生设计实验，老师演示，学生课后交流体验。

三、仿真实验软件在物理线上教学中使用的优缺点

1.实践中感受到仿真软件的优点：在线上教学具体实施过程中，仿真实验软件确实能起到帮助学生观察和动手实验的重要作用，并且在线上教学中优势显著：

①老师仿真演示比单纯播放视频效果好，且随时可以更换实验仪器、物品，自由度高;

②仿真软件不需要学生到处找实验器材、实验场地，仿真实验操作简便，女生也能在仿真环境中轻松推拉实际中笨重的器材如长木板等，且自带作图工具，可以随时作图分析，直观方便;

③每个学生都可通过屏幕近距离观看，甚至根据自己需要缩放画面，比在课堂演示的效果好：在教室投影仪上操作，不同学生远近正侧观感都不同，且有些实验还不方便投影操作，例如凸透镜成像规律;

④现在电子产品非常普及，学生线上教学期间也必须手中一套电子产品，课后都可以方便模拟，进行探索尝试;

⑤学生使用仿真实验可以避免接触实验中一些危险物品，如托里拆利实验中的水银，也不会在操作不熟练的情况下损坏仪器物品等等。

2.仿真实验软件的不足：仿真实验在线上教学中确实具有相当明显的优势，但毕竟只是“仿”，存在一些天生的“瑕疵”。仿真实验的仪器一般都比较理想，例如弹簧测力计不会“卡壳”，不会出现 实际实验过程中的各种“意外”或“干扰”等突发情况，不利于培养学生实际应变能力，更不利于培养学生对实验仪器、工具、设计、过程的反思、改进和创新能力。

四、仿真实验软件在物理线上教学实践中的总结与展望

综上所述，我认为仿真实验软件作为教学辅助非常适合在线上物理教学中使用，且以此类推，其他仿真实验软件在其他学段、学科的线上教学中也同样适用。即使现在大部分地区都回归课堂教学，仿真实验软件也可作为学生课后学习的补充手段，让学生在家里也能预习、熟悉操作流程，提高课堂实验操作效率和成功率，以及进行知识巩固和能力提升。

2003 年的 SARS 带来了购物变革，20 年的疫情逼出了“全民线上教学”，线上教学方式方法、相关软硬件技术因此迅速成熟。随着各种仿真实验软件技术不断更新完善，大家重视程度不断提高，效果越“仿”越“真”，缺点也将越来越少，有可能在将来成为物理教 学中重要辅助手段。

（责任编辑：黄洁梅）

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