NOBOOK虚拟实验室在构建初中物理高效课堂中的应用研究

宋明丽

【摘要】在新课标改革和教育信息化技术的双重推动下，物理作为一门实验学科，物理教师们更是需要在全新教学理念的指导下，尽快转变传统教学方式，构建“以学生为主体”的高效课堂.利用NOBOOK物理实验室使物理课堂变得更具交互性和灵活性，这样的高效课堂可以快速激发学生的学习兴趣、充分调动学生的学习欲望、持续提高学生的学习自主性，从而实现提升学生物理学科核心素养的目标.

【关键词】初中物理；信息技术；高效课堂

1 研究背景

1.1 虚拟仿真实验室

教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》中指出，要持续推动信息技术与教育教学的融合，全面提升师生信息素养，为学生提供有效的学习工具和丰富的教育环境.《义务教育物理课程标准（2022年版）》中指出：“义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，具有基础性、实践性等特点”.新课标中增加了“实验探究”“跨学科实践”两大主题，这都明确了实验教学的重要性.

随着信息化技术的不断发展和改进，虚拟仿真实验室也应运而生.早在1990年，Magin D J等人已经对交互式虚拟实验室对过程性工程教育的影响进行了探究，近几年国内的虚拟仿真实验室也得到了飞速的发展.目前我国的仿真实验室主要分为两大类，一类应用于高等教育教学，另一类则应用于基础教育教学中，如NOBOOK物理虚拟实验室（简称NB实验室）.NOBOOK虚拟实验平台应紧密结合教师教学场景，遵循学生学习规律，还要帮助广大物理教师充分地创设情境、演示现象、解释原理，帮助学生更好地激发物理学习的兴趣.

1.2 高效课堂

根据《义务教育物理课程标准（2022年版）》，构建高效课堂成为教学中的重要一环，努力提升教学效率、切实有效地改善学习效果已经成为初中物理教师们课堂教学的基本目标之一.高效课堂是对有效课堂的拓展，在其基础上更侧重优化教学效率、强调教学效益、追求教学影响.简言之，在短短的四十分钟的课堂上，初中物理教师们不仅要完成教学任务，还要达成教学目标，不断地通过学科学习培养学生现阶段所需具备的核心素养.

在新课标改革背景下，若想要构建初中物理高效课堂，必须结合初中学生的年龄、心理发展特点等展开教育教学活动，同时还需要“以学生为中心”，为学生创造良好的物理实验环境，并提供充足的物理实验时间，使得学生在不慌不忙的实验中把握物理学科的实验思维，掌握物理知识与技能，并能够尝试在现实生活中解决问题.

2 NOBOOK虚拟实验室助力构建初中物理高效课堂

在“双减”政策的影响下，教师需要全面改革课堂教学模式，创新课堂教学方法，从而有效提高课堂教学效率，来提高学生的知识水平，培养学生学科核心素养，也大大减轻学生的学习负担.实现“双减”目标的关键举措是：提高课堂教学质量.这都无不体现了现下构建高效课堂的重要性与急迫性.以下是NOBOOK虚拟实验室助力构建高效课堂的途径.

2.1 NOBOOK助力創设课堂情境，营造生动形象的学习环境

教学情境的创设往往是我们传统教学所缺失的，但实际上它应该要贯穿高效课堂的始终，教师通过NOBOOK虚拟实验室创造教学情境，可以增强学生的课堂参与感，提高学生的学习兴趣，将学生的注意力牢牢地锁定在课堂.

例如 “研究物体的浮沉条件”是沪教版九年级上册物理教材§6.4的内容，是一节实验探究课，让学生通过探究“水中鸡蛋浮沉”实验进而理解潜艇的工作原理，同时掌握物体的浮沉条件.

教师通过NOBOOK虚拟实验室创建鸡蛋在水中沉底的情境，如图1.

师 同学们结合生活常识想一想可以通过什么样的方法实现鸡蛋的上浮呢？

生 可以向水中加盐，使水变为盐水，液体密度增大了，鸡蛋就会上浮.

师 那么同学能不能利用我们学过的阿基米德原理尝试解释一下呢？

生 当鸡蛋浸没在液体中，因为V不变，ρ变大，根据F=G=ρVg可知，F增大，当F>G时，鸡蛋就会上浮了.

2.2 NOBOOK助力优化教学方式，丰富学习方法

当前初中物理教学很难实现高效课堂，关键在于教师的教学理念过于陈旧，难以满足现代化的教学需求.现如今为了在课堂上加强培养学生的探究能力，学生可以利用NOBOOK虚拟实验室自由探究一些平时在课堂上难以操作的、具有一定危险性的实验.

例如 “大气压强”是沪教版九年级上册物理教材§6.6的内容，在学习大气压强测量时，托里拆利实验需要利用水银柱产生的液体压强间接测出大气压的数值，由于这个实验利用的液体水银有毒，存在很大的安全问题，所以教师无法在课堂演示该实验，但是现在可以让学生使用NOBOOK虚拟实验室进行探究.

以下是使用NOBOOK物理实验室的操作步骤，如图2.

（1）首先用手指堵住装满水银的玻璃管倒插入水银槽中；

（2）接着松开手指观察到玻璃管中的水银液面下降，最终停在距水槽中的水银面76.0cm的高度处；

（3）然后倾斜玻璃管，观察到玻璃管内外的水银高度差仍然为76.0cm；

（4）接着改变玻璃管的粗细，将玻璃管的横截面积变为原来的2倍，会发现玻璃管内外的水银高度差仍然为76.0cm不变；

（5）最后调整大气压强的参数，将其设置为0.8，我们会看到玻璃中的水银柱高度降至60.8cm.

操作完这些步骤后，学生就可以深刻理解水银柱产生的液体压强等于大气压强的数值，大气压强越小，管内外的水银高度差就越小，也能够理解在该实验中，玻璃管是否倾斜、玻璃管的粗细都不会影响大气压强值的测定.

2.3 NOBOOK助力抽象知识可视化，帮助学生理解、掌握、应用知识

在物理课堂上，会有很多利用物理建模法建立的物理模型，学生在学习这些板块都是比较无力的.针对这种情况，可以用NOBOOK虚拟实验室来模拟实验，从而让学生理解抽象的物理概念和物理模型，实现抽象问题的可视化.

例如 “磁场 磁感线”是沪教版九年级下册物理教材§8.2的内容，在课堂上我们常用到的实验器材是立體式磁感演示器，这个器材设置了过多的小磁针，虽然利用这个实验器材可以让学生观察到条形磁铁不同位置处的小磁针的指向不同，但是学生观察起来是非常费力的.为了解决这个教学难点，可以通过NOBOOK虚拟实验室来模拟条形磁铁周围小磁针的指向，从而理解小磁针在该位置的N极指向即为该处的磁场方向，如图3STYLEREF2＼s.

2.4 NOBOOK助力打破时空限制，支持课外深度探究

在学习了阿基米德原理之后，进行了“杯中放物”模型的研究，学生在课堂上往往很难理解将物体直接放入杯中与使用弹簧测力计拉着物体使其浸入液体这两种情况下，容器对地面的压力的变化情况，很多同学认为这应该是相同的，ΔF都应该等于G.针对这个问题，可以让学生在课下使用NOBOOK虚拟实验室进行自主探究.如图4STYLEREF2＼s.当将物体直接放入容器中时，ΔF=2.34N-1.47N=0.87N=G；当使用弹簧测力计拉着物体使其浸没在液体时，ΔF=1.57N-1.47N=0.1N，此时F=G-F=0.87N-0.77N=0.1N，故ΔF=F.

3 结语

总而言之，NOBOOK虚拟实验室与初中物理教学有效融合，不但驱动着新时代背景下信息技术与教育教学快速融合，也让物理教学更加科学化、严谨化，这都在很大程度上为高效课堂的建设与学生物理核心素养的发展提供了必要的基础条件.在此，呼吁各位物理教师能够尝试将虚拟实验与真实实验相结合，优化教学效果，提升教学质量，在点滴中积累，争取早日实现高效课堂的普及化.

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