仿真實驗助力高中物理實驗教學

【摘 要】物理實驗是高中物理教學的主要環(huán)節(jié)，主要用于培養(yǎng)學生的物理知識實際應用能力，發(fā)展高中生的學科素養(yǎng)?，F(xiàn)實教學中，現(xiàn)代高中物理實驗教學雖然具有一定的實踐性，但由于實驗教學內(nèi)容脫離實際，且教師沒有詳細展示理論知識的應用方式，學生在實驗中仍存在概念模糊的問題，理論知識的應用能力提升緩慢。為改善這一現(xiàn)狀，一些教師提倡使用仿真實驗的方式來輔助實驗教學。本文對此展開研究，闡述仿真實驗的基本概念與特征，論述高中物理實驗教學的現(xiàn)狀問題，并結(jié)合仿真實驗提出改善策略。

【關鍵詞】仿真實驗;高中;物理實驗教學

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）34-0113-02

高中物理實驗是教師在學生具備一定理論知識后開展的一項實踐教學工作，要求學生將以往所學的知識應用于實驗，解決實驗中的問題，達到相應的學習目標，提高物理知識實踐應用能力。直接開展物理實驗教學雖然能讓學生能力提高，但并不能保障學生能力提高的效率、達標的幅度，這說明直接開展實驗教學有一定缺陷，需進行改善。

1? ?仿真實驗基本概念與特征

1.1? 概念

仿真實驗并不是現(xiàn)實意義上的實驗，而是利用計算機技術、數(shù)字化技術在信息環(huán)境中構(gòu)建實驗環(huán)境、實驗配置等，其中所有內(nèi)容在數(shù)據(jù)上都與現(xiàn)實環(huán)境中的相關事物相同，相當于對現(xiàn)實事物進行真實模仿。因此人們直接通過仿真實驗可以對現(xiàn)實事物的發(fā)展情況有比較深入的了解，并能規(guī)避現(xiàn)實實驗中一些影響實驗正常進行的不良因素[1]。如研究互成角度的二力合成時，在仿真實驗環(huán)節(jié)，依照標準實驗流程讓仿真模擬事物在現(xiàn)實事物的角度、力學參數(shù)條件下進行合成。實驗者依照合成邏輯能在仿真實驗中發(fā)現(xiàn)一些可能出現(xiàn)的問題，并思考解決問題的方案，這樣實驗者就能在現(xiàn)實實驗時有所準備，進而提高實驗的成功率和數(shù)據(jù)的科學性。

1.2? 特征

仿真實驗具有真實性、邏輯性、可調(diào)整性三大特征，具體如下。

1.2.1? 真實性

仿真實驗的意義就體現(xiàn)在對現(xiàn)實事物的高度真實模仿。仿真實驗的真實性特征體現(xiàn)在兩個方面：①數(shù)量與結(jié)構(gòu)，仿真實驗中的事物與現(xiàn)實實驗中的事物在數(shù)量與結(jié)構(gòu)上必須完全一致，這樣才能構(gòu)建完整的實驗基礎;②功能與數(shù)據(jù)，仿真實驗中的事物與現(xiàn)實實驗中的事物在功能與數(shù)據(jù)上也必須完全一致，這樣才能在仿真環(huán)境中模擬實驗過程。

1.2.2? 邏輯性

仿真實驗具有邏輯性特征，即仿真實驗的整個流程邏輯與現(xiàn)實實驗的整個流程邏輯完全一致。仿真實驗中可人為揉進一些特殊邏輯，如想要展示實驗中經(jīng)常發(fā)生的錯誤，就可以根據(jù)錯誤邏輯來開展仿真實驗。

1.2.3? 可調(diào)整性

仿真實驗的真實性特征及邏輯性特征就是其可調(diào)整性特征的最好佐證，即在真實性特征下，人之所以能設置仿真環(huán)境，并將環(huán)境內(nèi)的事物數(shù)量、結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)設置得與現(xiàn)實事物一樣，就得益于可調(diào)整性特征，這也是仿真實驗形成的基礎。同時在邏輯性特征下，實驗者要想展示不同的邏輯，就要對相關數(shù)據(jù)進行調(diào)整，這也是可調(diào)整性特征的體現(xiàn)。

2? ?高中物理實驗教學的現(xiàn)狀問題

2.1? 缺乏過渡環(huán)節(jié)

當前很多高中物理實驗教學都是在理論教學完成后直接開展，其中并沒有過渡環(huán)節(jié)，這使學生在思想還沒有轉(zhuǎn)變過來的情況下就突然進入實驗狀態(tài)，致使學生在實驗中不知所措，面臨較大的學習困境。學習是一個循序漸進的過程，只要某個階段的學習落后教學進度，就可能出現(xiàn)長期的困擾，這種現(xiàn)象在高中物理實驗教學中比較常見[2]。如新進入高中的學生在剛剛接觸高中實驗課時，對實驗項目、實驗要求還沒有清晰的認知，但教學依舊按部就班開展，所以在實驗教學開展半個月后，常出現(xiàn)部分學生跟不上教學進度的現(xiàn)象，這說明學生遇到了較大的學習困難，學習質(zhì)量大打折扣。所以高中物理實驗教學需要進行改善，應加入過渡環(huán)節(jié)。

2.2? 學生表現(xiàn)被動

高中物理實驗教學作為一項富有實踐性的項目，學生在學習中應有較強的主動性，會自主思考問題、找尋解決問題的方法，這樣才能提升教學質(zhì)量。但事實上，因為缺少過渡環(huán)節(jié)，多數(shù)學生在實驗教學中較為被動，如果教師不講解，學生就不會自主開展實驗。而在實驗教學開展前，教師一般都以單一的理論教學為主，學生被動接受知識即可，這種被動學習的習慣會被帶入實驗教學，使學生陷入想主動但不知從何入手的狀態(tài)。這種狀態(tài)下，學生的想法很難通過實驗得到實現(xiàn)，學習主動性會慢慢被消磨，加速被動習慣的形成。

2.3? 實驗趨向理論

雖然高中物理實驗教學需要學生自己動手完成，但學生的整個操作過程必須符合標準。這種現(xiàn)象就使得富有實踐性的實驗教學趨向于理論教學。很多高中物理實驗教學設計中，學生所采用的事物類型、角度、結(jié)構(gòu)與教材范例相同，實驗結(jié)果也完全一致，整個教學沒有體現(xiàn)出實踐操作的動態(tài)性變化，反而趨向于理論標準。如此設計的高中物理實驗教學的實踐性并不強，反而向理論教學靠攏，使實驗教學本末倒置，無法保障教學質(zhì)量。

3? ?仿真實驗下高中物理實驗教學的改善策略

根據(jù)高中物理實驗教學的現(xiàn)狀問題可知，該項教學的質(zhì)量并沒有得到保證。而這些問題均可借助仿真實驗來進行改善，下文將提出仿真實驗下高中物理實驗教學的改善策略。

3.1? 活用信息技術，增設過渡環(huán)節(jié)

根據(jù)對“缺乏過渡環(huán)節(jié)”問題的分析可知，高中物理實驗教學中的過渡環(huán)節(jié)非常重要，因此需要在教學中增設這一環(huán)節(jié)?？紤]到教學課時的限制，不能讓教師將部分課時專門用于仿真實驗教學，否則可能會影響理論、實驗教學的質(zhì)量。針對過渡環(huán)節(jié)的課時問題，建議教師采用信息技術構(gòu)建線上教學環(huán)境，在課外開展過渡環(huán)節(jié)，引導學生利用碎片時間，實現(xiàn)理論向?qū)嵺`的思想過渡和轉(zhuǎn)化，教師也可在課外對學生進行教導，幫助學生完成思想上的過渡。如教師在實驗教學中使用離線教學（信息教學技術的一種形式）增設過渡環(huán)節(jié)，教師在課堂教學以外結(jié)合理論知識設計仿真實驗范例，并將范例以視頻形式上傳到信息平臺，學生能隨時隨地下載視頻進行學習，通過觀看仿真實驗范例，了解如何在實驗中使用理論知識，如此循環(huán)即可實現(xiàn)思想轉(zhuǎn)化，利于學生在現(xiàn)實實驗中發(fā)揮能力。

3.2? 幫助學生掌握仿真實驗操作方法，引導學生主動實驗

為讓學生在高中物理實驗中展現(xiàn)出較強的主動性，教學應以學生為主體、教師作為引導者的模式進行。如在牛頓第二定律的教學中，某學生在理論環(huán)節(jié)產(chǎn)生“是否可以將牛頓第二定律應用于高空墜物危險性的實驗中？”的問題，這時可引導學生自主使用仿真實驗進行驗證，通過實驗可知高空墜物在什么樣的加速度條件下會對人造成傷害、造成什么樣的傷害，使學生有條件將想法付諸實踐，這體現(xiàn)了仿真實驗在物理實驗教學中的助力作用。同時教師在理論教學中應注重引導，結(jié)合理論知識或?qū)嶒烅椖肯驅(qū)W生提出問題，激發(fā)學生的主動性，讓學生轉(zhuǎn)換思維，再通過仿真軟件進行實驗測試，檢驗想法的可行性，這有利于高中物理實驗教學質(zhì)量的提升。

3.3? 以仿真實驗為導向，鼓勵學生實踐自身想法

為避免高中物理實驗教學趨向于理論化，教師要在教學中讓學生對實驗項目進行思考，根據(jù)實驗方法的功能、目的，在現(xiàn)實環(huán)境中選擇實驗材料、目標等，隨后幫助學生對實驗材料進行測量，將測量成果導入仿真軟件，讓學生通過仿真實驗自主檢測所選事物是否可以用于實驗，構(gòu)建一個獨特的實驗流程。在這個過程中，教師不應太過干涉，應當鼓勵學生實踐自身想法，也可以對學生提出一些問題，讓學生有方向地進行實踐。

綜上所述，通過分析仿真實驗的概念與特征，可知仿真實驗是可以融入高中物理實驗教學的。本文隨后對高中物理實驗教學的現(xiàn)狀問題進行了闡述，說明該教學工作現(xiàn)狀表現(xiàn)不佳，存在改善的必要，而利用仿真實驗對現(xiàn)狀問題進行改善，能起到提高高中物理實驗教學質(zhì)量的作用。

【參考文獻】

[1]白凡.仿真實驗輔助高中物理實驗教學實踐[J].中國教育技術裝備，2018（1）.

[2]施正華.仿真實驗在高中物理實驗教學中的應用研究[J].成才之路，2019（14）.

【作者簡介】

張麗（1975～），女，本科，中學高級教師。研究方向：高中物理教育。