“仿真物理实验室”在高中物理实验教学中的应用

徐益勇

随着社会进步，人们对于教育的研究和投入也在不断提高，传统的教学模式在育人上其发挥了很重要的作用，但是时代的不同，教育的理念也变化很快，教育质量要提高，需要我们把传统的教学模式融入新的教学新技术。本文对仿真物理实验室的运用进行探究，它与高中物理教学完美的结合，创建一个新的教学模式。这种新的教学模式既可以表现出教师的才华，又可以发挥学生的主动性、创造性，培养学生的创新意识和能力。仿真物理实验室与计算机的结合，为教学开创了一片新的天地。

1“仿真物理实验室”的教学模式建立

仿真物理实验室的本质是一个软件，是基于网络和信息技术而开发的一款模拟实验软件。它能真实模拟出一些教学中无法做的实验，也可以模拟最简单的实验。仿真物理实验室包含很多模块，每个模块又可以独立的设置一些实验器材，设置独立的实验环境。教师可以为学生在实验环境中设置不同的组合，而且实验的环境也可以构建出真实的情况。学生在教师的指导下，可以随意的设置参数，通过对实验动画的对比，在结合数据以达到物理实验的教学目的。

仿真物理实验只是一个教学的平台，实验可以随时进行，不受实验条件的限制，比如实验中对真空的要求，现实实验室的条件不容易满足，但在仿真物理实验中就可模拟出这种效果。实验的条件满足了，得出的数据就会相对准确，缩短实验的时间，失误降到了最低。但是仿真物理实验室中也存在着一些弊端，本质上它只是一个软件，是种虚拟的模式，并没有在真实实验中的触感和体验。一些实验的动画表达只是表面上的，没有现实实验的真实感，比如在电子的偏转中，学生是通过动画的形式去理解，这对学生的知识掌握是有一定影响的。总体来说仿真实验室的使用对教学还有很大的促进作用的。

物理仿真实验的教学建立需要借助“仿真物理实验”在网络的环境中开展，实验教学的理论主要由基本的四个方面组成：一是依据实验的要求提出问题，二是要引导学生去大胆猜想，提出实验的假设条件；三是对学生的假设进行验证；四是结果和数据进行归纳和总结，找出规律。仿真物理实验室需要教师和学生在实践中，逐步建立对物理实验模式的建立。仿真实验教学的过程大致可划分为：学生观看存储在仿真实验中的动画，然后教师要建立情境提出疑问，组织学生对实验结果进行假设，依据实验的难易程度，教师要合理划分实验小组开始实验，学生在实验完成后要进行合理的推断，对实验的结论要准确分析，学生可以对参数的设置进行一些改变，实验创新，以此来验证结论的正确性，最后教师做总结，得出实验的结论。

2“仿真物理实验室”的教学运用实例

2.1提高物理教学水平

仿真物理实验的优点就是没有实物，只是借助里面课件来设计实验学生只要根据需求把实验需要的器材放入设置中。一个实验系统就能组合起来。学生只要操心物理实验的合理性，不用去考虑计算机是如何把它设置出来的。例如在探究“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，需要打开电路模块这一项，点击新建实验，根据实验要求去选取实验所要用到的器材。然后依据实验连接实验电路，然后就可以去开始实验。

在本实验中，首先要创设情境，提出问题，小电珠的伏案特性是如何变化的。设置一些假设然后进行实验。实验的目的就是为了把小电珠的伏安特性借助实验描绘出来，通过对曲线变化的规律的总结，分析得出结论。实验的原理：在纯电阻电路中，电压和电阻的关系是线性的，可是由于受到实际因素的影响，电压和电流的变化不是一条直线。实验过程：在选区里选出实验要用到的器材，然后拖入到实验区里；选择实验器材对上面的数据进行一个属性上的设置，额定电压设置为5 v，额定功率为1 W的小电珠。滑动变阻器的总电阻为20 Ω。设置学生电压为5 V，内阻设置为零，确保电源为理想电源；依据实验图纸把每个器材用电线连接起来，注意不要接错；连接完成后就可以点击开关，开关就会闭合。这时在两个表上就会显示读数，这就是需要测量和计算的电压和电流。把得出的数据放在坐标轴中，纵坐标为电流，横坐标为电压。借助鼠标去移动滑动变阻器，把每次得到的数据记录在坐标轴中，最后通过数据分析描绘出曲线。

在实验中我们可以很简单的去设置一些参数，如电流表的内接和外接，变阻器的阻值可以根据需要随意设置和变化，也可以很方便快捷地对滑动变阻器的限流和分流的接法、电源的类型进行模拟和讨论。这样的教学模式可以提升课堂教学的效率，优化课堂教育。

在仿真物理实验室中这款软件中，基本可以分为三个大的模块：运动及力学模块、电学模块、光学模块。每个模块中又分为很多小模块，基本包含了高中物理中所有的实验模型。学生可以利用里面大量的虚拟与元件，随意的组合运用，设置参数，搭建物理模型，收集数据；教师也可以利用它的编程功能做出吸引学生目光的优秀课件。

2.2锻炼学生自主探究能力

知识不是简单的通过教师传授给学生，需要构建一个良好地情境，依据方法才能实现的。仿真物理实验室作为一个简单上手的软件，学生可以自己去设计实验完成，提高独立意识，选取自己需要的元件，或是自己借助软件创造，而后建立模型设置情境。也可以通过教师的指导，把一些问题放到模拟中来，还原一下场景，经过自己独立的探究，对实验的把握也更加深刻，深化对物理知识的理解。

例如在学习透镜的成像时，学生可以设置：

情境问题一：透镜的位置和光屏之间的位置会引起像的变化。在仿真物理实验室中建立模型，设置透镜的焦距为30cm，把蜡烛、透镜和光屏按照顺序排好，使三者的中心在一条直线上。然后开始进行试验，移动光屏可以发现，透镜和光屏之间的位置变化确实会引起像的变化。

情景问题二：调节蜡烛与透镜之间的距离，让物距小于焦距的距离。在模型中进行操作，发现当蜡烛的位置小于焦距时，成像为一个正立、放大的虚像，成像发生了变化。

情境问题三：调节蜡烛与透镜之间的距离，让距物距大于焦距。在模型中操作，开始像是一个倒立放大的实像，但在物距的增大中，像在不断地缩小，在某个值成为一个倒立、等大的实像，此时测量距离得出物距等于焦距的两倍。在扩大物距，会发现像接着缩小。经过对数据的处理可以知道，物距为焦距两倍时，像为倒立等大的；物距大于两倍焦距时，像是倒立缩小的实像物距大于焦距而小于两倍焦距时，像是一个倒立、放大的实像

情境问题四：如果在透镜上遮挡一个物品，还会有像的出现吗？学生预测不会出现像。在模型中操作，让一个物体一点一点去遮挡透镜，会观察到，像会从亮到暗，到没有。

情境问题五：凸透镜换为凹透镜时，像的变化。在模型的操作中，在光屏上是看不到像的，凹透镜的像为虚像。

对单一模型的条件进行稍微修改就可以得出不同的实验结果所以学生自主建立模型，设计实验，寻找透镜的成像规律，这在潜移默化中提高了学生的自主探究能力，让学生对知识的掌握更加牢固，锻炼了学生的思维能力和创新能力。

仿真的物理实验室为师生提供了一个模拟真实的教学平台，让学生的学习兴趣越来越浓厚。仿真实验室的作用和内容还有很多，笔者只是列举一些例子来说明，更多的用法还是需要教师在教学中慢慢摸索，作为一款跟随时代的软件，还是会有不足的地方，适用的范围还不是很广，但在今后的发展中一定会得到补充。总体而言，它给教学带来的便利是不可替代的，避免了在真实实验中容易出现的误差，让学生的创造性思维有巨大的飞跃，全面提升学生的动手能力和构造力，激发学生对物理的热爱和学习。仿真实验室与传统的实验要有利结合起来，相辅相成，真正把握物理的根本主旨，为高中物理教学创造新的可能。