虛擬仿真實驗技術(shù)軟件在初中物理實驗教學中的具體應(yīng)用

彭超

摘 要 分析虛擬仿真實驗技術(shù)軟件，就其在初中物理實驗教學中的具體應(yīng)用進行探究。

關(guān)鍵詞 初中物理；虛擬仿真技術(shù)；實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）05-0159-02

1 前言

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，計算機和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在教育領(lǐng)域里得到廣泛推廣、普及和應(yīng)用，這為傳統(tǒng)的初中物理實驗教學注入新鮮的血液，增強了實驗教學的效果。虛擬仿真實驗技術(shù)是當前科學前沿技術(shù)在初中物理實驗教學中運用的具體體現(xiàn)，可以突破實驗儀器和設(shè)備不足等教學限制，幫助學生直觀、形象地模擬各種物理實驗的操作過程，有利于促使學生積極投入實驗教學中來，不斷提升實驗教學效率。

2 虛擬仿真實驗技術(shù)軟件分析

仿真物理實驗室 仿真物理實驗室是一款針對中學物理課堂開放性而設(shè)計的專業(yè)物理學習軟件，可以為學生提供完善的綜合實驗室，更好地實現(xiàn)各種物理演示實驗，有利于學生更好地驗證自己的實驗猜想。比如可以為學生提供一個包括平面角、凹凸透鏡和棱鏡等物理模型在內(nèi)的光學實驗室，使師生按照自己制訂的實驗方案來自行構(gòu)建各種實驗?zāi)Ｐ?，探究有關(guān)的物理規(guī)律。學生可以借助光學實驗室來合理構(gòu)建凸透鏡成像模型，以發(fā)現(xiàn)和歸納出凸透鏡成像的具體規(guī)律。另外，該種虛擬軟件具有較高的集成度，并且易于操作，可以使學生便捷地進行各種物理實驗，真實性比較強。

MATLAB仿真軟件 MATLAB仿真軟件是一款用于數(shù)據(jù)可視化、分析與計算的計算機軟件，廣泛應(yīng)用于工程計算以及圖像、通信與信號處理等領(lǐng)域中，并且主要包括MATLAB和Simulink兩個部分。與仿真物理實驗室這款仿真軟件相比，MATLAB仿真軟件具有比較強的靈活性，更加有利于構(gòu)建有關(guān)的實驗?zāi)Ｐ?，同時其界面比較簡潔，有利于編程，另外還有集成度高、數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點，是一款功能非常強大的仿真軟件。

3 虛擬仿真實驗技術(shù)軟件的具體應(yīng)用

在測量型實驗中的應(yīng)用 測量型實驗是初中物理中一種基本的實驗類型，步驟比較簡單，所用設(shè)備也比較容易獲得；但是針對那些比較復(fù)雜的測量實驗而言，無法使學生在真實的實驗環(huán)境下進行。借助虛擬仿真實驗技術(shù)軟件的合理運用，可以幫助學生更好地觀察有關(guān)的物理實驗現(xiàn)象。

以“伏安法測小燈泡電阻”為例，就虛擬仿真技術(shù)軟件在物理實驗中的具體運用進行分析和探究，以幫助學生更好地掌握測量小燈泡電阻的方法。首先，在仿真實驗開展之前，物理教師需要先讓學生明確本次實驗課程開展的主要目標，并要使學生掌握電流表和電壓表測電阻的方法，以便學生可以借助歐姆定律的合理運用來測量有關(guān)的電阻值。而在具體的模擬仿真實驗開展中，物理教師可以采用邊講解邊進行虛擬實驗的方法和手段，引導學生根據(jù)歐姆定律原理來連接軟件中的各種實物電路圖，接著要求學生通過鼠標滑動變阻器的劃片來改變電阻數(shù)值，并要記錄對應(yīng)的電流和電壓數(shù)值，最后引導學生繪制出小燈泡電阻的伏安特性圖，從而使學生更好地發(fā)現(xiàn)和掌握有關(guān)的物理規(guī)律。

在探究型實驗中的應(yīng)用 探究型實驗也是高中物理中一種常見的實驗類型，其重在培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的能力，以便讓學生養(yǎng)成科學的探究精神和意識，有助于使學生更好地發(fā)現(xiàn)有關(guān)的物理實驗規(guī)律。此外，探究型實驗的開展也可以使學生針對具體的物理問題采用不同的實驗來加以解決。在真實物理實驗開展過程中，因各種外界因素的影響，物理實驗方案有可能無法順利實施，所以可以借助虛擬實驗的引入來解決這一問題。教學實踐表明，虛擬實驗教學的效率更加有利于實驗?zāi)繕说耐瓿伞Ｈ缭谕雇哥R成像規(guī)律的探究型試驗中，光線的影響對于實驗觀察的效果具有較大的影響，而如果沒有準確的實驗結(jié)果，更談不上實驗規(guī)律的有效總結(jié)。此時可以在實驗開展過程中應(yīng)用虛擬仿真實驗技術(shù)軟件，確保探究實驗開展的質(zhì)量。

下面以凸透鏡成像規(guī)律的探究為例，就虛擬仿真實驗技術(shù)軟件在探究型物理實驗中的運用進行分析和探究[1]。

首先，物理教師可以引導學生觀察在實際生活中存在的各種與凸透鏡有關(guān)的現(xiàn)象，并提出有關(guān)的探究性問題，比如物距大小是否會對成像產(chǎn)生影響？具體特點是什么？接著物理教師需要引導學生結(jié)合自己的猜想來設(shè)計有關(guān)的探究性實驗。然后，物理教師鼓勵學生將自己的實驗思想借助仿真軟件來進行檢驗，并記錄試驗中的各種數(shù)據(jù)結(jié)果。最后，物理教師讓學生根據(jù)分析所得到的各種數(shù)據(jù)來幫助學生更好地歸納出凸透鏡成像的規(guī)律。另外，通過虛擬仿真實驗技術(shù)軟件運用，為學生排除其他影響實驗結(jié)果的客觀因素，比如室內(nèi)光照情況等，從而可以使學生全身心地去探究有關(guān)的實驗結(jié)論[2]。

在演示型實驗中的應(yīng)用 演示型實驗也是一種比較常見的物理實驗形式，其可以幫助學生更好地理解有關(guān)的物理知識、規(guī)律和原理，深化學生對于這些知識的理解和認識。但是在當前的初中物理教學過程中，因班級人數(shù)過多，部分學生可能因距離過遠而無法清晰地觀察教師所做的各種物理實驗，部分甚至可能會因為觀察不清楚而發(fā)牢騷或在課堂上公然睡覺等。虛擬仿真實驗技術(shù)軟件可以有效地解決上述學生觀察不清、缺乏學習物理知識興趣的問題，也可以解決那些受外界環(huán)境因素影響大的演示型實驗效果不理想的問題，增強學習的效果。

如針對光的反射實驗，物理教師可以借助光的反射演示實驗來幫助學生更好地了解和掌握反射定律。但是影響自然光的反射實驗效果的因素比較多，物理教師開展演示實驗的效果不是非常理想。虛擬仿真實驗技術(shù)軟件在其中的運用則可以有效克服這個問題。首先，物理教師可以引導學生借助仿真軟件平臺來演示光反射現(xiàn)象，激發(fā)學習物理知識的興趣，幫助學生根據(jù)有關(guān)的現(xiàn)象來自行設(shè)計實驗去總結(jié)和驗證反射定律，從而提高課堂演示實驗的應(yīng)用質(zhì)量。

虛擬仿真實驗技術(shù)軟件除了應(yīng)用于測量型、探究型和演示型等物理實驗中，還可以應(yīng)用于設(shè)計型和操作型等類型的物理實驗中，并均取得良好的教學效果。因此，在平時的初中物理實驗中，物理教師需要以身作則，不斷提升自己的專業(yè)能力，尤其應(yīng)用虛擬仿真實驗技術(shù)軟件開展實驗教學的能力。還要明確虛擬仿真實驗技術(shù)軟件在實驗教學中存在的缺陷和不足，以更好地發(fā)揮其教學優(yōu)勢。另外，學校也應(yīng)該積極進行相關(guān)虛擬仿真實驗技術(shù)軟件的引進，滿足初中物理實驗教學需求。但是為了確保軟件設(shè)計的科學性，希望有關(guān)設(shè)計人員必須要加強與一線教師的溝通和交流，從而充分發(fā)揮虛擬仿真實驗技術(shù)軟件與傳統(tǒng)物理實驗教學摸式二者的優(yōu)勢，不斷提升軟件的應(yīng)用功能和質(zhì)量。

總之，虛擬仿真實驗技術(shù)軟件在初中物理實驗教學中的運用可以為學生創(chuàng)設(shè)一個虛擬的“真實”實驗操作情境，有利于激發(fā)學生參與實驗學習的積極性，調(diào)動學生的熱情，同時也有助于實驗的順利開展，免受客觀因素的影響。因此，在初中物理實驗教學過程中，物理教師必須合理運用虛擬仿真實驗技術(shù)軟件來開展教學，還要兼顧傳統(tǒng)物理實驗教學，從而不斷提升實驗教學的質(zhì)量。

參考文獻

[1]劉長春.虛擬仿真實驗于初中物理試驗教學的應(yīng)用[J].中學課程輔導，2013（22）：16-17.

[2]張偉.運用虛擬實驗，提高初中物理實驗教學效率[J].學周刊，2015（11）：59-60.