| 标题 | 虚拟实验在初中物理课堂教学中的应用 |
| 范文 | 黄新志 [摘要]随着信息技术的发展，物理课堂中运用信息技术解决教学问题已经习以为常。对初中物理而言，把虚拟实验与课堂教学相结合，有助于破解现实教学中的一些难题，有助于学生观察物理现象、理解物理规律、提高实践能力。 [關键词]虚拟实验;初中物理;应用 [中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2020）14-0044-02 虚拟仿真实验是近年来计算机技术、仿真实验技术和网络发展应用的结果，与传统实验相比，虚拟实验为物理课堂提供了新的教学环境。因此，把虚拟仿真技术应用到初中物理实验中，可以使教学过程灵活有趣，让学生产生兴趣;通过学生自由组装和使用实验设备，实现教学资源的优化和共享;通过还原、定格实验场景，将动态、复杂的实验过程简单化;通过实验对比，提高实验复习效率。 对学生而言，虚拟实验打破了时空限制，学生可以在课堂，也可以在家里进行实验，从而培养学生的创造力和探究能力。因此，虚拟实验是物理教育教学的一项重要补充。 一、虚拟实验在教学中的应用案例 近年来，随着计算机技术的发展，我们可选的仿真虚拟教学软件很多，笔者先后使用过金华科仿真物理实验室、No Book虚拟物理实验（NB虚拟实验室）等。本文将通过No Book虚拟物理实验的部分应用实例，介绍虚拟实验在提高教学效率方面的应用。 1.斜面上的实验对比 在初中物理教学中，我们曾用斜面做过多次探究实验，“探究阻力对物体运动的影响”“探究影响物体动能大小的因素”“探究斜面的机械效率”等。借助虚拟实验完成斜面实验既方便又清晰，能很好地将实验效果展示出来。 无摩擦理想化实验：在“探究阻力对物体运动的影响”实验中，参照教材实验，在NB虚拟物理实验室中可对斜面实验进行模拟，在工具栏中找到斜面、小车等工具，设置摩擦参数，并使摩擦因数越来越小，标记并记录三次小车在水平面上移动的距离，从而推断如果不受摩擦力，物体将一直运动下去。牛顿第一定律的实验是从伽利略实验改进而来，很多资料介绍了伽利略实验，课堂上也可以借助NB虚拟实验来演示伽利略实验，并且为接触面无摩擦的理想化实验，软件中的斜面右半侧能自由拖动角度，让小球滚下来时，都能回到原来高度，因为无摩擦，当右侧很长时，仍然能达到原来高度，很好地验证了伽利略实验。 自动受力分析：由于初中生认知特点的限制，对静止与运动中的物体的受力情况，学生总是难以把握，例如，“静止在斜面上的物体受哪些力”“摩擦力与拉力有什么关系”等。在仿真软件中有一项力的标注功能，显示简单的受力情况，包括拉力、摩擦力等，把物体放在斜面上，设置好参数后，让它保持静止，就可以显示出受力情况了，可视化的学习为物理教学带来极大的方便。 2.动态实验分析 在“探究机械能转化”的实验中，选择单摆实验进行研究，在课堂上，单摆实验很容易就能演示，但是存在不足：摆球无法定在最高点、最低点，因此，很难对摆球进行能量分析，一般处理方法就是做成Flash动画或PPT进行分析，失去了其逼真效果。借助虚拟实验进行分析，则能解决这一短板。在NB物理实验室中就有此功能，选择单摆工具后，在参数中设置为无阻力，在摆球摆动的过程中，选择任何一个点都可以暂停进行能量分析，轻松演示能量转化的过程。 通过NB虚拟物理实验完成的“探究凸透镜成像规律”的实验，获得准确的成像数据比传统实验更方便。学生把凸透镜固定在光具座上，测量好焦距，使烛焰放置在二倍焦距以外，移动光屏，在屏上寻找亮光斑，记录下物距和焦距，改变物距再次重复实验，最后总结出规律。在虚拟实验室中，移动物距后，就不需要动手移动光屏寻找最亮最清晰的像了，直接显示出位置或像距，再使烛焰向有移动时，物、像的移动轨迹能很好地显示出来，这样便于学生将各段成像规律总结出来。 3.自动生成图像 在物理实验教学中，很多实验数据需要记录、分析并生成图像，以便找出其中的规律。例如在欧姆定律教学中，探究电流与电压、电流与电阻的关系实验。在仿真物理软件中，当然能轻松完成这一实验，而且还能借助NB虚拟实验，自动生成图像。例如，在欧姆定律的实验中，从右侧工具栏中选择电源、开关、电表、滑动变阻器等器材，进行连接，这样也能考查学生的电路连接技能，教师借助软件进行实验时，选择图表图像，然后让学生仿照步骤进行实验探究，同时记录数据，每产生一组数据，表格旁边选择图像后，就自动描出电流与电压或电阻关系的点，再依据这些点绘成图像，就能得出规律。 此外，在探究凸透镜成像规律，探究不同物质吸热升温的现象（比热容），探究物质质量与体积的关系和观察水的沸腾等需要数据收集的实验中，图像描述功能都能发挥很好的作用。 4.助力高效复习 实验复习时，利用好虚拟实验，把相应的器材带到课堂，便于学生复习实验，使实验更真实、更节省时间。 在电学实验中，学生最难理解的要数电路故障了。断路、短路后会发生什么现象？虚拟实验弥补了传统实验的缺点，使实验过程变得更安全。如在电路中，若电源短路，则电源、电流表都有可能会被烧坏，这是传统实验不能做的，但是在虚拟实验中可以验证，并且改正后一键就可以修复。 有些实验，具有相似的实验装置和相近的实验操作，例如，“比较不同物质的吸热能力”和“比较不同燃料的热值”实验中，均使用了加热装置、使用了控制变量法;而“探究影响电流大小的因素”和“测量定值电阻的阻值”实验中，使用了相同的电路，等等，都可以借助虚拟实验进行复习。 二、虚拟实验的不足 虚拟实验虽有很多优点，却不能完全替代实物实验。有几个原因，在仿真模拟的过程中，会出现失真的情况;长期使用会使学生产生倦怠;不利于探究更深的物理规律;理想化实验会让实验者的听觉、视觉、嗅觉等感官产生真实的感知，也会错过新发现，少了实验反思及其他乐趣。 经过长期实践，笔者认为，虚拟实验是物理教学过程中不可缺少的“调味品”，可以在条件允许的情况下，将虚拟实验与分组实验相结合，让知识更直观、更生动，但不能“喧宾夺主”。让学生在设计实验、参与实验、观察实验、感受实验的过程中享受乐趣、感受物理世界的神奇与深邃。 [参考文献][1]魏娟.基于虚拟实验室的中学物理探究式教学方法研究[D].兰州：西北师范大学，2015. [2]张士荣.虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用[J].中国教育技术装备，2016（3）：148-149. （责任编辑 易志毅） |
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