淺談仿真物理實(shí)驗(yàn)室對(duì)新課改中學(xué)物理教學(xué)的意義

【摘 要】仿真物理實(shí)驗(yàn)室是專(zhuān)門(mén)為中學(xué)物理教學(xué)開(kāi)發(fā)的軟件，實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。本文結(jié)合新課改理念簡(jiǎn)單闡述了仿真物理實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用到中學(xué)物理教學(xué)中的幾點(diǎn)意義。即運(yùn)用到教師的教和學(xué)生的學(xué)中，既提高了教學(xué)效果，又激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主探究能力。

【關(guān)鍵詞】仿真物理實(shí)驗(yàn)；中學(xué)物理教學(xué)；新課改；創(chuàng)新；自主探究

仿真物理實(shí)驗(yàn)室是針對(duì)中學(xué)物理教學(xué)而設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜合性實(shí)驗(yàn)室軟件，由多個(gè)模塊組成，分別是主模塊、光學(xué)模塊、電學(xué)模塊、熱學(xué)模塊和初中模塊。它提供了運(yùn)動(dòng)對(duì)象、小球、彈簧、繩子、連桿、滑軌、電荷等實(shí)驗(yàn)器具，并集成了重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、萬(wàn)有引力、阻尼介質(zhì)等實(shí)驗(yàn)環(huán)境?？梢栽谌我饨M合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，搭建實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)建各種物理模型，模擬實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。該軟件還提供多樣的數(shù)據(jù)輸出方式和分析方法，便于在教學(xué)過(guò)程中分析物理過(guò)程。為教師和學(xué)生提供了一個(gè)全開(kāi)放的物理教學(xué)平臺(tái)和自主探索性學(xué)習(xí)平臺(tái)。

下面結(jié)合中學(xué)物理課程改革的理念就仿真物理實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用在中學(xué)物理教學(xué)中的意義，我進(jìn)行了初步的探討。

一、運(yùn)用于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

中學(xué)物理是以實(shí)驗(yàn)科學(xué)為基礎(chǔ)的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在中學(xué)物理教學(xué)中有著舉足輕重的作用。豐富多彩、生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)課不僅可以讓學(xué)生記住某些相關(guān)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)步驟，而更為重要的是能夠使學(xué)生透徹理解并且完全掌握產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生積極主動(dòng)地參與到物理教學(xué)中，而且在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，創(chuàng)造能力以及分析問(wèn)題的能力，還培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、耐心的科學(xué)態(tài)度。

但是在傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室存在很多弊端，比如，實(shí)驗(yàn)條件的限制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不一致，甚至相反，讓學(xué)生經(jīng)常對(duì)正確的理論產(chǎn)生過(guò)分地懷疑；還有些中學(xué)出于安全考慮和為了避免儀器損失而在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定了許多規(guī)章制度，束縛了學(xué)生的創(chuàng)新性思維；甚至，有的學(xué)校教師因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室太小，儀器缺乏，上實(shí)驗(yàn)課需要的時(shí)間太長(zhǎng)影響課程進(jìn)度等原因，不愿意帶學(xué)生做實(shí)驗(yàn)等等。這在中學(xué)物理教學(xué)中，嚴(yán)重影響了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，更是抑制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

利用仿真物理實(shí)驗(yàn)室恰好可以大大改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生的種種制約。在操作實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生先在仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，幫助熟悉實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)方法，熟練之后再實(shí)際操作，既做到真正動(dòng)手，又避免了儀器的損壞，還節(jié)省時(shí)間，從而有效地提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效率。

更重要的是，仿真技術(shù)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，幫助充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的自主意識(shí)，有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性思維。學(xué)生在虛擬環(huán)境中操作，不受儀器短缺和害怕?lián)p壞儀器的影響，以良好的心態(tài)充分發(fā)揮想象力大膽地搭建自己創(chuàng)作的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停e極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使教學(xué)真正達(dá)到以學(xué)生的學(xué)為中心的新課改要求，培養(yǎng)學(xué)生的自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。有了發(fā)現(xiàn)的意識(shí)和能力，才會(huì)創(chuàng)新。正如，陶行知先生在《第一流的教育家》一文中指出：“敢探未發(fā)明的新理，即是創(chuàng)新精神；敢入未開(kāi)化的邊疆，即是開(kāi)辟精神?！薄疤轿窗l(fā)明的新理”和“入未開(kāi)化的邊疆”，指的就是“發(fā)現(xiàn)”。

二、運(yùn)用于中學(xué)物理課堂教學(xué)中，有利于提高教學(xué)效果

在物理概念、定理和規(guī)律的講解中，經(jīng)常會(huì)采用實(shí)驗(yàn)演示法，對(duì)一些抽象的，難以觀(guān)察，和課堂中難以真實(shí)再現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，比如，說(shuō)明牛頓第一定律的伽利略理想實(shí)驗(yàn)，磁感應(yīng)線(xiàn)的空間分布，LC回路中自由電子的振蕩過(guò)程，核爆炸等，教師無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，造成學(xué)生對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)理解的困難，不能很好地掌握物理概念、定理或規(guī)律，甚至逐漸導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)失去興趣。而采用仿真物理實(shí)驗(yàn)室對(duì)這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬、永久再現(xiàn)，將抽象知識(shí)具體化、形象化，微觀(guān)現(xiàn)象可視化，瞬間現(xiàn)象永久化，可以避免過(guò)于空洞的描述，是學(xué)生產(chǎn)生真切的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)將這些難以理解和觀(guān)察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或概念更清晰、直觀(guān)、深刻地印入學(xué)生的腦海，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽象物理概念和規(guī)律的感性認(rèn)識(shí)，再上升為理性認(rèn)識(shí)。這樣也有助于發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的作用，是教學(xué)最優(yōu)化。

仿真物理實(shí)驗(yàn)室不單單是對(duì)實(shí)驗(yàn)的模擬，也可以用來(lái)幫助分析物理規(guī)律。例如，平拋運(yùn)動(dòng)是垂直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)和水平方向上的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成。從自由落體運(yùn)動(dòng)到平拋運(yùn)動(dòng)，將一維空間轉(zhuǎn)變?yōu)槎S空間，對(duì)這兩種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比的時(shí)候，就可以創(chuàng)建兩個(gè)小球，設(shè)置高度和速度等相關(guān)屬性，使其從空間中同一位置開(kāi)始分別做自由落體和平拋運(yùn)動(dòng)，然后利用仿真物理實(shí)驗(yàn)室提供的一種閃照的數(shù)據(jù)輸出方式，便可清晰地看到兩種運(yùn)動(dòng)情況，從而得出結(jié)論。再如，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的新課教學(xué)中，學(xué)生習(xí)慣了分析恒力作用下物理的單程運(yùn)動(dòng)，對(duì)振動(dòng)過(guò)程的分析和理解存在思維定勢(shì)，難以理解，在教學(xué)中輔以仿真模擬，可以有效地幫助學(xué)生進(jìn)行分析，解決教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)效果。

還可利用它來(lái)方便地制作一些比較復(fù)雜的課件，突破技術(shù)屏障，使教師的精力主要放在如何優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，從而提高教學(xué)效率。

三、運(yùn)用于中學(xué)生自主學(xué)習(xí)中，有利于培養(yǎng)自主探究能力

中學(xué)生課后通過(guò)做習(xí)題鞏固所學(xué)內(nèi)容時(shí)，會(huì)遇到一些情況復(fù)雜的物理場(chǎng)景，尤其是對(duì)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的粒子的復(fù)雜軌跡的分析，可以在仿真物理實(shí)驗(yàn)室中建立相應(yīng)的物理模型，對(duì)軟件自動(dòng)生成的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，結(jié)果一目了然，幫助學(xué)生理清分析思路。在沒(méi)有老師輔導(dǎo)的情況下，學(xué)生也可以利用仿真模型再現(xiàn)習(xí)題中的物理情景，加深印象，進(jìn)一步分析問(wèn)題，細(xì)化知識(shí)點(diǎn)。對(duì)課本中的實(shí)驗(yàn)與探究部分的預(yù)習(xí)，更是可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主探究，加深對(duì)物理現(xiàn)象的印象，便于對(duì)物理定理或規(guī)律的理解。這樣，不僅幫助學(xué)生較容易地掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，還使學(xué)生學(xué)會(huì)自主探究，對(duì)物理學(xué)科產(chǎn)生積極情感，逐步形成努力求知，樂(lè)于在探索中獲取新知的心里素質(zhì)，培養(yǎng)不斷探索的科學(xué)精神。這也是中學(xué)物理新課程改革中所倡導(dǎo)的。

仿真物理實(shí)驗(yàn)室作為目前中學(xué)物理學(xué)科實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的技術(shù)軟件，能夠提高教學(xué)效果，幫助培養(yǎng)學(xué)生的自主探討能力、創(chuàng)新能力和分析能力，但是在應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，一定要明確它是一種創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景的工具，在教師教與學(xué)生學(xué)的過(guò)程中，都應(yīng)將它作為一種輔助性工具，不可盲目地運(yùn)用，更不可將仿真實(shí)驗(yàn)取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該將兩者辯證地統(tǒng)一起來(lái)，提高學(xué)生的科學(xué)分化素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)技能?？傊?，合理地將仿真物理實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用到中學(xué)物理教學(xué)中才能充分發(fā)揮它的力量和魅力，使其有效地服務(wù)于教學(xué)過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵澤義，秦曉文.圓周運(yùn)動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)——利用“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”突破學(xué)生認(rèn)知障礙[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)（月刊），2003（3）：26.

[2] 劉玫.金數(shù)龍仿真物理實(shí)驗(yàn)室介紹[J].物理教學(xué)探討，2004， 22 （225）：44.

[3] 傅梁鎮(zhèn)，陳德華.《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)，2004（12）：21.

[4] 石鷗，劉麗群.課程改革中的若干問(wèn)題[M].1版.廣東教育出版社，2004.

[5] 余文森，諶啟標(biāo).高中新課程（教師讀本）[M].1版.福建教育出版社，2004.

[6] 高慎英，劉良華.有效教學(xué)論[M]. 1版.廣東教育出版社，2004.

[7]傅鋼善.現(xiàn)代教育技術(shù)[M].2版.陜西師范大學(xué)出版社.2008.

作者簡(jiǎn)介：

劉輝（1987.10～），女，籍貫：天津市薊縣 ，單位：陜西師范大學(xué)，物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，研究方向：物理課程與教學(xué)論。