仿真實驗在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用及價值分析

于海廣

摘 要：實驗是物理教學(xué)中必不可少的一個環(huán)節(jié)，但由于實驗器材、教學(xué)時間等因素的影響，導(dǎo)致許多高中生接觸實驗的機(jī)會大大降低，給高中物理知識的學(xué)習(xí)帶來很大的影響。但是，仿真實驗的應(yīng)用，將會給高中物理教學(xué)帶來很大的便捷，使得學(xué)生對物理知識與物理現(xiàn)象的理解更加深刻，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：仿真實驗;高中物理;應(yīng)用價值

仿真實驗作為現(xiàn)代科技技術(shù)的一項重要應(yīng)用，給學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐帶來了很大的幫助。物理是一門實踐性很強(qiáng)的高中學(xué)科，受到教學(xué)條件的影響，許多物理實驗均無法進(jìn)行實踐操作，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。仿真實驗在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用，使得學(xué)生的實驗動手能力能夠快速提高，還能幫助學(xué)生客觀認(rèn)識物理學(xué)原理，解析物理學(xué)公式、定理，提高學(xué)習(xí)的積極性。

一、仿真實驗在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

1.仿真實驗在高中物理單擺實驗中的應(yīng)用

單擺實驗是高中物理學(xué)科中比較典型的一個實驗，實驗的主要目的是測量重量加速度，使得學(xué)生對單擺周期公式有更加深刻的理解和認(rèn)識。在傳統(tǒng)的實驗方式中，單擺實驗只能借助帶有鐵夾的鐵架臺、秒表、刻度尺、金屬小球、細(xì)線等實驗工具構(gòu)成簡單的實驗架構(gòu)，完成實驗操作。在現(xiàn)代的物理教學(xué)中，若使用仿真實驗來完成單擺實驗，可利用多媒體系統(tǒng)中的Phylab模塊來完成：首先確定好比例尺與坐標(biāo)系，找好合適的運動對象;然后通過鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)置好懸掛繩的長度以及繩子的固定點;最后，用鼠標(biāo)點擊運動的小球，使得小球開始運動，計量單擺運動的周期，觀察其運動路徑[1]。仿真實驗操作中，由于小球是一個虛擬的物體，不存在于空氣當(dāng)中，所以也不會受到空氣阻力的影響，學(xué)生也可通過實驗直接觀察到單擺運動中動能與勢能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)學(xué)生明確這一特點后，就可以在仿真軟件的單擺繩上確定一個“釘子點”，然后讓小球在“鋼釘”的作用下繼續(xù)運動，從而總結(jié)出實驗結(jié)論。

2.仿真實驗在小燈泡的伏安特性曲線實驗中的應(yīng)用

小燈泡伏安特性曲線描繪也是高中物理課程中典型的實驗，學(xué)生能夠手繪出小燈泡的伏安特性曲線是該實驗的主要目的，再通過實驗發(fā)現(xiàn)曲線的變化規(guī)律，總結(jié)出實驗結(jié)論。一般情況下，做該實驗需要借助4～6V的學(xué)生電源、電流表、電壓表、小燈泡、開關(guān)、滑動變阻器、導(dǎo)線等實驗器材才能完成，按照一定的規(guī)律將實驗器材連接起來，滑動變阻器的接入需要采取分壓接入方式，再在直角坐標(biāo)系中描繪伏安特性曲線[2]。采取仿真實驗后，該實驗的操作將會變得更加簡單，學(xué)生也能更加直接地觀察到小燈泡伏安特性曲線的變化規(guī)律。學(xué)生可借助實驗系統(tǒng)建立起實驗電路，選擇好實驗所需的元件后就可通過鼠標(biāo)點擊的方式完成線路連接，還能較好地排除常規(guī)實驗中的干擾因素。此外，仿真實驗中，學(xué)生可自主選擇和設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并對設(shè)置的參數(shù)以及測出的參數(shù)進(jìn)行整理和歸納，總結(jié)出小燈泡伏安特性曲線的規(guī)律。由此可見，仿真實驗?zāi)軌蚋涌焖俚赝瓿蓪嶒灢僮?，實驗步驟也更加簡單，提高了高中物理教學(xué)的效率。

二、高中物理教學(xué)中運用仿真實驗的價值

1.提高了實驗數(shù)量

仿真實驗借助電腦系統(tǒng)中虛擬的實驗器材來完成實驗，使得實驗操作突破了器材的限制，學(xué)生也可以快速、重復(fù)地進(jìn)行實驗操作，學(xué)生接觸實驗的次數(shù)和頻率增加，對物理知識點的理解也更加深刻。通過設(shè)置實驗參數(shù)，物理實驗中的相關(guān)情境便能夠清晰地展現(xiàn)出來，滿足學(xué)生探究學(xué)習(xí)的需求。

2.增強(qiáng)了實驗的可視效果

對實驗中的相關(guān)器材、結(jié)構(gòu)的觀察是高中物理實驗教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，而學(xué)生能夠?qū)嶋H操作的實驗較少，多數(shù)實驗都是由老師演示、學(xué)生觀察的方式完成，這就導(dǎo)致學(xué)生的實驗觀察中出現(xiàn)可視性很小的情況，學(xué)習(xí)效果也較差。但是，仿真實驗利用電腦完成，學(xué)生可直接觀察到電腦中的實驗結(jié)構(gòu)，還可利用放大鏡功能觀察較小的實驗器材，所以增強(qiáng)了可視效果。

3.減少危險的實驗事件

高中物理課程中所包含的實驗較多，其中的部分實驗存在一定的危險性，比如磁感線、電流等都是比較危險且看不見、摸不著的東西，在傳統(tǒng)的實驗操作中，學(xué)生可能會受到磁感影響或電擊。但是，仿真實驗中，學(xué)生不僅能夠有效完成常規(guī)的實驗，還可以模擬“海市蜃樓”“日食”“月食”等實驗，增加學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣與探索興趣，讓學(xué)生對物理現(xiàn)象的認(rèn)知更加全面，還能有效防止學(xué)生由于操作不當(dāng)而產(chǎn)生的危險[3]。此外，仿真實驗突破了空間、時間、器材等的限制，學(xué)生可通過手機(jī)、電腦來完成，還可以根據(jù)自身的興趣做不同的實驗嘗試和探究，學(xué)生可在實驗中自主嘗試自我想法，不斷積累物理知識，提高學(xué)習(xí)成績。

總而言之，仿真實驗的應(yīng)用能夠讓學(xué)生隨時、隨地進(jìn)行實驗操作，而且能夠更加直觀、全面地觀察到實驗器材與實驗現(xiàn)象，還能降低實驗器材的限制，使得學(xué)生接觸實驗的機(jī)會也增加了。但是，在實際教學(xué)中，也不能過分依賴仿真實驗帶來的便捷而導(dǎo)致學(xué)生的實際操作能力降低。所以，高中物理教學(xué)中，教師需要把控好仿真實驗的應(yīng)用頻率，結(jié)合傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ酵瓿山虒W(xué)，提高教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祥委，段娟娟，彭朝陽.Algodoo虛擬仿真實驗在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用：以凸透鏡成像為例[J].物理通報，2017（7）：5.

[2]常曉慧，侯恕.應(yīng)用Algodoo仿真物理實驗輔助高中物理規(guī)律教學(xué)[J].物理通報，2017，36（6）：90-92.

[3]徐益勇.“仿真物理實驗室”在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理（高中版），2016，34（5）.

編輯 溫雪蓮