论物理教学中模拟实验的作用

王昌森

摘 要：对于新入学的高一学生，刚从初中生动有趣的感性物理知识中出来，进入高中较为抽象的理性知识的学习，若产生了厌学的情绪，要想学好高中的物理知识，便会成为一句空话。那么，怎样解决这个问题呢？我们知道，实验能激起学生的强烈兴趣，焕发学生强烈的求知欲望。然而，在部分学校，实验器材不足和部分器材的性能不佳，使许多实验无法开展，教师就很有必要多设计物理实验，多做模拟实验。

关键词：模拟实验；学习兴趣；思维训练

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）3-0056-3

多年来，在教学中发现：模拟实验不但能够起到原有的实验效果，而且还能激起学生学习物理的强烈动机和深厚兴趣，更加容易调动学生学习的积极性和探索的热情。在物理教学中有很多值得探讨的作用。

1 通过模拟实验，能够创设出形象生动、直观清晰的物理情景，创设出有声有色的教学情境

模拟实验能使抽象、难于表达而又无法演示的实验形象直观地展现在学生的面前，使学生易于理解和接受新知识，同时贯彻了“从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实验”的基本认知规律。

例如，在“粗略地测分子大小”实验中，由于组成物质的分子很小，不但肉眼不能直接地看到它们，就连光学显微镜也看不到它们。那么，怎样才能测出其分子的大小呢？课本中采用“油滴薄膜法”，即把油滴滴到水面上，油在水面上散开，形成单分子油膜的厚度就可以认为等于油分子的直径d，首先测出油滴的体积V，再测出油膜的面积S，根据公式d=V/S，就可以算出油分子的直径。这样做在理论上行得通，但是，如果在课堂上做演示实验就难以完成。量油滴的体积时，或多或少总会残留一定的油分子，单层油膜分子是看不见的，然而，要扩散多大的面积时才可以认为是单分子油膜呢？这就很难确定，同时也很难形成清晰的物理情景。因此，实验效果差。

如果通过下面的模拟实验，效果就大不相同了。通过菜籽轻轻地撒在烧杯中的水面上，形成一层菜籽来模拟单层油膜分子（如图1），学生就很容易建立清晰直观的物理情景。很自然测出原来菜籽的体积V1，剩余菜籽的体积V2，那么，用去菜籽的体积V=V1-V2；量出烧杯的直径D，烧杯的面积S=（D/2）2；那么，菜籽的直径大小d=V/S=（V1-V2）/（D/2）2。根据测得的数据，V1=10 cm3，V2=5 cm3，D=8 cm，代入上式得d=0.1 cm=1 mm，学生就很容易掌握了这种方法。

如果油分子像菜籽那样分布在水面上形成一层的话，那么其大小的计算就跟菜籽的大小计算方法完全一致。这样，就给学生掌握粗略测量菜籽的方法留下了深刻印象，自然理解了这种测量方法。

还有分子间的作用力，分子间的动能和势能等随距离的变化而变化的规律，可以通过带弹簧的两个小球去模拟。但应注意的是，分子的势能跟弹簧的势能不同，当两个分子间的距离等于平衡位置的距离时，分子势能最小；而带弹簧的两个小球，在平衡位置时弹簧的势能等于零。讲到绳子的弹力方向时，可以通过橡皮筋或弹簧来模拟。通过这些模拟实验不但使课上得直观生动，而且还能创设出良好的教学情境。

2 通过模拟实验，解析无法看到的抽象的原因，提高学生对物理过程探索的热情，大大加深了理解

例如，通过实验验证“分子间有空隙的结论”时，如果按课本的实验（如图2），试管的上部分是水，下部分是酒精，混合之后的体积变小，学生很容易得到了“分子间有空隙”的结论。可是，混合后，分子怎样分布？分子间的空隙怎样被占据的？就很难形象地理解了。但是，如果通过“绿豆”模拟“酒精分子”（有机物分子），“芝麻”模拟“水分子”（无机物分子），让其充分混合后（如图3所示），学生就容易得到了原因：“是由于分子的重新分布，原来的分子间的空隙有一部分被占据了的缘故。”同时，建立了未混合之前分子分布的情景和混合之后分子分布的情景，这样就大大提高了学生学习的兴趣和探索的热情。

还有关于静摩擦力和滑动摩擦力的作用：“既有动力作用，又有阻力作用”时，可以通过有齿的木块来模拟物体表面的粗糙（如图4），如果A、B间无相对滑动，其静摩擦力的作用就容易从实验中解析，如果A、B间有相对滑动，其滑动摩擦力的作用也很容易得到解析。都是下面的齿对上面的齿起推动作用即动力作用，反过来上面的齿又会对下面的齿起阻碍作用即阻力作用。这样就可以看到了无法看到的原因，又可以打破学生认为摩擦力只起阻碍作用的定势思维习惯，生动形象地理解了摩擦力的作用。再如，为了形象地解析弹力的方向，可以通过钢片的弹性形变来模拟物体的微小弹性形变，学生就感到更加形象有趣。

3 通过模拟实验解决了实验器材的不足或器材性能的不好

它起到原有的实验效果，大大调动了学生思维的积极性，活跃了课堂气氛，提高了课堂的效果。同时，又使学生感到物理知识和生活的密切联系，减轻了学物理的神秘感和学生的心理障碍。

例如，“关于向心力的几个实例”中的“杂技节目‘水流星’”。通过一个小桶，装半桶水，让其做圆周运动（如图5所示），速度足够大时，水不会掉下，可以成功地模拟“杂技节目‘水流星’”。为什么水不会掉下？这个速度要多大？这样大大调动了学生思维的积极性，高度渴求完满解决问题的欲望，而且解决了物理实验器材的不足，而自己选择器材又极为方便。还有生活的实例，过山车通过最高点时，人为什么不会掉下？学生就自然明白了其中的奥妙。

4 物理实验还可以培养学生的灵活思维迁移能力和掌握物理的一些研究方法

模拟实验的本身就是一个向学生传播的非语言的教育信息，使物理教学增添了一个物化的信息源，使学生领悟到教师对实验的巧妙设计、独到构思和组织教学的良苦用心，引起学生的共鸣，潜移默化地激励学生的创造性，启迪学生的思考，培养观察和思维迁移能力；其次，许多物理学家对物理的研究就是把抽象的转化为形象的研究，得到结论，通过结论又可以指导抽象问题的研究。这样可使学生掌握一些物理的研究方法。

模拟实验能引起学生的极大兴趣，使人产生积极的情绪和情感。美国心理学家斯克契德提出了“情绪三要素”。他认为，情绪的产生不单纯地决定于外界刺激和机体内部的生理变化，而是外部刺激、机体生理变化和认识过程三者之间相互作用的结果。而模拟实验正起到了这良好的外部刺激作用，便会产生良好机体的生理变化，从而产生了积极的情绪和情感。同时，也促进了学生的认识过程，使抽象的问题和内容通过形象的模拟，通过夸张、放大作用，更便于直观形象的教学，突出了重点的、主要的内容，促进和加深了体会和理解。学生学得容易、有趣又会促使对模拟实验的浓厚兴趣，使外部刺激起到更大的作用，生理变化而产生更好的情绪和情感。这样的良性循环作用，更加有利于课堂教学情境的展开，更加容易调动学生的积极性，使学生更加热情地学好物理这一学科。

参考文献：

[1]谢步时.中学物理教学研究方法论[M].南京：江苏教育出版社，2013.

[2]白炳汉.中学物理教学方法跟踪研究[M].福州：福建教育出版社，1992.

（栏目编辑 王柏庐）