仿真实验在初中物理电学教学中的应用

（宁夏回族自治区海原县西安中学，宁夏 海原 755208）

一、物理仿真实验在初中物理教学过程中的应用实例

（一）依靠虚拟仿真实验研究电路短路问题

电路短路问题是初中物理教学过程中的难点。虚拟仿真实验利用虚拟电学工具箱，提升了学生针对短路问题的了解和认知，确保学生掌握解决变式问题与实际问题的水平。下面是实验环节演示：

实验环节1：要求学生观察电源短路问题

首先根据虚拟电学工具箱提供的电源、电表、开关、保险丝等配件，运用鼠标拖动构成一个短路；

其次，把电源两级与开关两端连接同时打开开关，（提问：“将会发生什么现象？”）观察现象；

最后，连接电流表（提问：“会发生什么现象？”）观察现象。

利用实验表明，第二步中会产生“干电池短路”的警示语，第三步就会产生电流表超过最大值的情况。此环节的虚拟实验让学生感受电源短路同时知道电源短路会导致极大电流出现同时将电源烧毁、发生火灾情况。

实验环节2：电源短路之后的保护方法

首先，在发生短路的电路（连接电流表）中串联保险丝同时打开开关（提问：“会发生什么现象？”）观察现象；

其次，获得结论，为保险丝断裂，电流表数值为零。此环节的虚拟实验让学生了解串联保险丝是为了避免电源短路的方法之一，并且在情况允许下可以展示闸刀开关、空气开关等避免短路的配件。

（二）根据虚拟仿真实验研究闭合电路中的欧姆定律

欧姆定律是初中物理教学过程中最基础的定律之一，是延伸电学知识与研究电路的基本，虚拟仿真实验依靠虚拟电学工具箱，创设出闭合电路中欧姆定律的推导演示环节，如：

实验环节1：推导前的设想

首先，依靠虚拟仿真实验过程中的虚拟电学工具箱，演示各种电压下小灯泡的亮度；

其次，演示出在同一电压不同电阻下小灯泡的亮度情况；

最后，提问：“电流的改变可能和什么因素有关？”“电压不变，电阻变大，电流会出现什么样的变化”等同事得出结论，所以，相同电阻下，电压变大则电流变大；电压相同，电阻变大则电流变小。

实验环节2：研究在相同电阻下电流和电压的关系

电阻保持不变，利用改变电池数量使电压值增大，观察电流的改变情况同时记录下来，获得结论与规律。就是：在保证电阻不变时，电流根据电压的增大而增大并且始终保持电压与电流的比值不变，总结出R=U/I 的公式。

实验环节3：研究在相同电压下电流和电阻的关系

电压保持不变，根据改变电阻的数量使电阻值变大，观察电流的改变情况同时记录下来，总结出：在相同电压下，电流根据电阻的增大而变小且始终保证电阻与电流的乘积不变，得出U=IR 的公式。

二、“仿真物理实验”在实验教学过程中的作用

（一）“仿真物理实验室”确保了实验项目与数量，使其不受时间与空间的限制

部分实验需要耗费的资源很多，对于仪器操作要求很高，并且损耗很严重，大部分学校一般不会使用。实验设备更新时间相对来说很长，不能与现代科技的发展同步，存在着学生数量和实验基础设备、实验开出规模滞后的比例不平衡等问题。”“仿真物理实验”的退出，使实验设备不足和经费不足得到了弥补，确保了物理实验的项目和数目。其通用性高，可靠性强，易于维护与升级更新，并且取消了实验条件的特殊影响（例如光学实验必须在阴暗环境下进行等）以及实验对于环境的限制。

作为一个“开放性实验室”其冲破了时间与空间的限制，学生能够课外进行实验，也能够利用网络，随时随地进行自学，使学生能够根据自身兴趣选择性学习，同时使不同层次的学生都可以得到满足。

并且它通过信息技术方式，提升了学校硬件设备的使用率，提升了实验效率。

（二）“仿真物理实验”既可以利用三维立体动画将实验仪器全面展示给学生，同时也能够将关键部位拆卸开来，针对仪器内部零件实施解剖调试，同时可以在实验中观察仪器的不同指示与内部结构动作，提升了学生对于仪器的掌握程度与其功能和把控度，能够更有效地使学生理解仪器的工作原理。

“仿真物理实验”可以帮助完成部分仪器在实际实验中很难实现的实验，生动形象、清楚地展示实验全部过程，以便于学生观察实验细节，避免遗漏，减少由于观察范围的局限性或者其他因素的影响而出现思维误区的影响。

另外，“仿真物理实验”具备很强的适应力，也能够经过设置与再次开放，变成理论教学的辅助工具从而拓宽学生视野，使学生发挥想象力，提升学生实验与学习积极性。

三、让“仿真物理实验”相关软件发挥其作用

第一，要求学校领导与教师提升教育与教学思想，具备课程整合的概念，改变传统教学模式；第二，新的科技的应用，学生研究精神、分析水平、创新思想的提升，同时也对教师的知识架构、科研水平提出了挑战。教师应该最大程度提升相关能力；同时，在应用模拟实验室中，教师的素质与经验都有着很重要的作用，因此应该提升教师的信息素质与应用软件的能力，既要发挥其在实验前与复习中的长处，要通过学生实际情况实施调整与再创作，又要耗费力气努力分析，把光电、传感等技术和它合理结合到一起，掌握“仿真物理实验”与传统实验的最好联合点。通过仿真技术不断发展，相信“仿真物理实验”的使用范围与前景会更加广泛，物理实验教学的道路也会越来越广阔。