仿真實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

麻迎良

隨著電子白板等多媒體設(shè)備在教學(xué)中的普及，仿真實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的作用越來越突顯出來.它不受時(shí)空限制，具有靈活性、可控性強(qiáng)、現(xiàn)象明顯、可反復(fù)實(shí)驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué).

物理教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，而一提起實(shí)驗(yàn)，人們自然聯(lián)想到的是教師的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn).這些實(shí)驗(yàn)是以實(shí)際器材為依托、以一定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境或?qū)嶒?yàn)儀器為保障的實(shí)驗(yàn)；是最傳統(tǒng)、有效的實(shí)驗(yàn)；是能讓學(xué)生建立客觀物理模型、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn).

事物總具有兩面性.傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)有不足之處：一是受經(jīng)濟(jì)條件的約束大.一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，很難裝備數(shù)量齊全、有檔次的教學(xué)器材.二是比較耗時(shí)耗精力.教材中要求必做的實(shí)驗(yàn)，一般教師都會(huì)安排做.但是課堂上隨時(shí)要用到的實(shí)驗(yàn)，教師沒有精力就不會(huì)都去做.三是有些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示的可視性差，后面的學(xué)生很難清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)觀察.四是有時(shí)需要分析一個(gè)物理過程中的某個(gè)暫態(tài)，而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)這一功能.五是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能重現(xiàn)日常無法實(shí)現(xiàn)或觀察不到的某些物理過程或物理變化.

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，出現(xiàn)了一些動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件，彌補(bǔ)了上述實(shí)驗(yàn)的不足.在課堂上應(yīng)用課件進(jìn)行教學(xué)，既提高了課堂教學(xué)效率、增加了授課容量，又減輕了教師的負(fù)擔(dān).很多課件可直接從網(wǎng)上下載，保存后可重復(fù)使用.但這類動(dòng)畫模擬課件不是十全十美的：一是FLASH等軟件的技術(shù)含量比較高，要想設(shè)計(jì)出有個(gè)性且逼真的動(dòng)畫，需要有編程能力.二是這類課件的功能主要是動(dòng)畫演示，很少有交互功能，只能說是模擬演示，不具有仿真實(shí)驗(yàn)的功能.三是這類課件一般作為教師的演示之用，學(xué)生不能親自獨(dú)立體會(huì).

近年來出現(xiàn)的仿真實(shí)驗(yàn)軟件，完全擁有實(shí)驗(yàn)功能，其特點(diǎn)有：一是交互性特別強(qiáng)，完全實(shí)現(xiàn)了由人控制實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)過程，隨時(shí)輸出任意所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖象.二是非常靈活，通過設(shè)置參數(shù)可以仿真任意實(shí)驗(yàn)情境，包括理想和非理想.三是特別適合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教室中的教學(xué)，可讓每個(gè)學(xué)生通過平板電腦實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí).當(dāng)然，有些學(xué)校沒有裝備數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教室，可以在微機(jī)室利用仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行上課.

從2010年起，筆者嘗試使用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高中物理教學(xué).下面談?wù)劰P者的一些做法和體會(huì).

第一，所有的教學(xué)手段必須有機(jī)結(jié)合，取長補(bǔ)短，不能走極端.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段絕對(duì)不能忽視，在此基礎(chǔ)上發(fā)揮課件和仿真軟件的優(yōu)點(diǎn).

第二，用仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)化習(xí)題教學(xué).一些習(xí)題中的物理過程的分析是個(gè)難點(diǎn)，有些根本無法用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)展現(xiàn).例如，帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，如果用仿真實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)置好符合題目所述的參數(shù)，就能立即得到正確的運(yùn)動(dòng)情景，還可以在任意位置暫停，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行理論分析，學(xué)生就容易理解.又如，在恒定電流的學(xué)習(xí)中，復(fù)雜電路的簡(jiǎn)化一直是學(xué)生不容易掌握的內(nèi)容.在電學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)軟件中，教師可以先按題目所示的電路設(shè)置好復(fù)雜電路，然后用鼠標(biāo)直接拖動(dòng)各元件到標(biāo)準(zhǔn)的位置，其動(dòng)態(tài)的變化過程，讓學(xué)生容易理解簡(jiǎn)化的方法.

第三，用仿真實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展.例如，在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的兩種接法（分壓式和限流式）的選擇是難點(diǎn)，學(xué)生無法理解為什么當(dāng)R外>>R滑時(shí)采用分壓式，而當(dāng)R外與R滑接近時(shí)采用限流式.如果教師一味地講滿足這些條件時(shí)，便于調(diào)節(jié).怎樣才算是便于調(diào)節(jié)，學(xué)生理解不了，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不可能給學(xué)生提供非常多的不同阻值的滑動(dòng)變阻器和外電阻.同時(shí)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比耗時(shí)很多.如果用仿真電學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件來探究，就比較方便直觀.在滑動(dòng)變阻器和外電阻R上右單擊，分別設(shè)置兩者阻值成不同情況，再雙擊開關(guān)使其閉合，拖動(dòng)滑動(dòng)端觀察兩個(gè)表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，學(xué)生就容易理解什么是便于調(diào)節(jié).再連成分壓式，重新探究.

第四，仿真實(shí)驗(yàn)軟件的操作簡(jiǎn)單.雖然也有其腳本，但是不會(huì)涉及復(fù)雜編程，比使用FLASH要容易得多.

當(dāng)然，仿真實(shí)驗(yàn)軟件也不完美.如果要設(shè)計(jì)個(gè)性化的、有針對(duì)性的仿真實(shí)驗(yàn)，也可自己重新設(shè)計(jì)，但前提是自己要有很高的編程能力.筆者在一開始接觸到仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)時(shí)還沒有現(xiàn)成的軟件可供下載，自己就用VB編了一個(gè)單擺的仿真實(shí)驗(yàn)，用這個(gè)軟件在講課時(shí)供學(xué)生探究單擺的周期與擺長和重力加速度的關(guān)系，從而得出單擺的周期公式.學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)手動(dòng)控制開始計(jì)時(shí)和停止計(jì)時(shí)，由軟件自動(dòng)啟示錄時(shí)間，并自動(dòng)把測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中繪出T與L和g的關(guān)系圖象，還能自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)小球的擺角，如過大時(shí)及時(shí)提醒.在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，筆者用這款軟件進(jìn)行教學(xué)，實(shí)際效果非常好.