浅谈在初中物理课堂教学中仿真实验的应用
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摘 要：物理学科是一门以实验为基础的学科，在物理课堂中实验扮演着十分重要的角色，但是在物理教学中有些实验在课堂上没有办法完成，或是有些学校由于实验室的不足，没有办法进行实验，或是课堂上的演示实验对于课堂教学中学生的吸引力不强，没有办法引起学生的兴趣。而近几年随着教育理念的更新，在教学过程中十分注重信息技術与课程的整合，新的物理课程标准重视将信息技术应用到物理实验中，因此将信息技术引入物理实验教学中势在必行，加入了“虚拟仿真实验室”的课堂无论其直观性，还是趣味性都相较以前的传统课堂有了更多的变化，既加强了学生对实验的理解，又为初中物理实验教学的改革提供了契机。本文将从几个实际教学案例中浅谈仿真实验在初中物理几种教学中的应用。
关键词：仿真实验;现象教学;规律教学;验证教学;复习教学
仿真实验方法是近年来伴随着计算机应用技术以及相关科学技术领域发展而产生的一种新型的实验方法。它是计算机仿真技术与实验教学深度融合的产物。物理仿真实验方法是指从基本的物理定律出发，用离散化变量描述物理体系的状态，然后利用计算机计算这些离散变量在基本物理定律制约下的演变，从而体现物理过程的规律和方法。虽说仿真实验无法完全替代动手实验，不过基于仿真实验的可重复操作性、过程可控等诸多特性，仿真实验法是物理学科实验教学的有力补充。实践证明，利用仿真实验可以极大地提高学生学习物理的兴趣以及实验操作能力。可以使抽象的内容形象化，突破教学难点，有助于学生对实验原理的深化理解。可以克服由于实验条件限制而无法进行的实验成为可能。仿真实验不仅为学生提供了新的学习方式，而且也为初中物理的教学方式提供了新的参考。基于此，本文就仿真实验在初中物理现象教学、规律教学以及理验证教学中的应用进行分析和探讨。
一、 仿真实验在物理现象教学中的应用
现象教学在物理实验教学中应用得非常的广，在平时的新课教学中演示现象的实验占据非常大的一部分比例，而往往演示现象实验后就需要学生自己学会从实验现象来总结规律或是了解工作原理，这就需要老师所做的现象演示实验要可以让学生看的更清楚，过程要能够让学生观察得更细致。实际上现在的学校大部分班级的学生数都在五十左右，在这么多的学生面前演示实验可能就只有一部分学生看的清楚，很大一部分学生因为看不清而放弃这节课。而仿真实验利用多媒体，融入信息技术，可以通过大屏幕让班级在座的每位学生清楚地看到实验过程，这样就能更直观地让学生了解物理实验现象，引起学生的学习注意力。
以“热机”教学为例，在这堂课的教学中很多学校往往能提供的仅仅是一张旧的挂图和一台已经很多功能都失去的内燃机。那么在研究“热机”时，教师可以在课堂上引入仿真实验。在该仿真实验中教师可以用鼠标依次点出内燃机各个部位，让学生回答名称，从而有利于学生记忆对应的零器件的名称，然后可以对内燃机的工作原理进行分步演示，边演示边强调“大家注意看，现在阀门是打开还是闭合，活塞运动多远的距离”，从而可以让学生有目的性的去观察实验。再在仿真实验中各个冲程中逐一强调各个工作过程中内燃机的工作特点，达到在实验过程中能够‘暂停’引起学生对各个过程中的要点的重视。最后在点击连续工作，让学生对整个内燃机的工作原理有个整体的认知。这样学生可以通过多媒体上演示的仿真实验非常形象直观地观察到内燃机的工作原理，并能够很好地掌握各个工作过程的特点。现象演示实验在物理教学中非常的普遍，而通过仿真实验把一些不好在工作过程暂停的实验进行教学是物理教学中一个非常重要的环节，它让老师有时间加以引导学生观察实验现象，并逐一回答，其次在仿真实验中教师可以让学生先回答接下来要怎么操作，然后老师再利用仿真实验来模拟，可以充分调动学生的学习热情。让学生充分融入班级的教学互动中来，真正体现教师与学生都充分的融合到课堂上，防止教师满堂灌，最后老师说的兴高采烈，而学生却是云里雾里，对知识点只能是连蒙带猜。
二、 仿真实验在物理规律教学中的应用
寻找规律的实验是物理实验教学中非常重要的一种，它是一种非常有价值的实验形式，在初中阶段学生找规律的实验一般采用以下两种教学方式：一是学生自主设计实验来对某一问题进行探究;二是学生根据在已经提出问题，确定实验方案的基础上，动手进行实验。这类的实验学生往往手忙脚乱，实验做完了，但是实验中要总结规律、需要观察哪些现象却忘得一干二净。在这类实验中，仿真实验就可以很好的辅助学生总结规律。
以凸透镜成像教学为例，如果没有仿真实验，那么纯粹就是老师在演示，或是学生自己动手在光具座上来来回回的移动，可能绝大部分的学生都是在照搬老师要求的实验操作步骤，至于为什么要这样做，都是一知半解，等到实验结束后老师引导学生总结规律，或是让学生自己总结规律可能很多学生对于实验中看到的现象已经忘了一大部分了。所以在本节课的教学中通过仿真实验一一再现学生的实验过程，并在再现过程中，教师可以先故意让凸透镜中心，蜡烛中心，光屏的中心没有位于同一水平线上，让学生观察像的位置，引导学生回答，然后调节三心等高后再观察现象。比较两次的成像位置不同得知为了使成像在光屏的中心必须调节三心等高。然后再多次调节蜡烛与凸透镜的距离，每调节一次都可以提问“现在蜡烛离凸透镜的距离是在什么范围，等下光屏应该向哪里移动呢。”然后可以根据学生回答的来改变光屏的位置得到最清晰、最小的像，从而得出凸透镜的成像规律，并通过仿真实验再演示关于蜡烛和光屏移动方向的分析，可以融入照相机调焦这一难点的教学，从而实现难点的突破。所以仿真实验在这里就可以让学生有足够多的时间和注意力去找寻凸透镜的成像规律。再加上这个仿真实验是在学生的实际操作之后才使用的，就可以让学生更清楚的体会眼见为实的实验过程。让学生边看仿真实验，边总结出规律，这样在总结规律的实验中可以让学生更清楚明白本节所学的内容。
三、 仿真实验在物理验证教学中的应用 在初中物理的实验中，很多都是为了对于物理量进行定量的测量。在此类的教学中，仿真实验就占据了很大的份额。比如仿真实验在电学的教学中可以对某些物理量之間的关系进行定量的测量，或是对某些物理关系进行验证。仿真实验在验证教学中起着非常重要的作用。
以“并联电路的电流特点”的教学为例，学生只有先对并联电路的干路和支路的电流特点进行假设，在如图所示的电路中利用仿真实验让学生明白a点位于支路上，b点也位于支路上，让学生猜想，通过a，b，c各点的电流有什么关系，这是探究并联电路中电流关系的重要内容，学生可以通过猜想在仿真实验上进行验证是否正确，这种最常用的验证性教学在初中物理的教学中尤为常见。学生以仿真实验为工具，可以尽情地猜想，只要利用仿真实验把实验电路连接好，就可以很容易地得出a点的电流，b点的电流和c点的电流，然后再利用仿真实验中自带的表格可以把数据一一填入表格中，从而总结归纳出并联电路的干路和支路的电流关系。然后再来安排第二课时，让学生在实验室真正自己动手实验来探究并联电路的电流特点，效果就会比不使用仿真实验好很多。
孔子说“知之者不如好之者，好之者不如乐知者。”乐业，趣也。一节没有学生积极参与互动的课堂是一节极其失败的课堂，作为一名一线教师应该多关注科学技术的发展，尽可能地利用一切资源引起学生的学习兴趣。初中生这么一个团体，由于年龄的限制，他们还处于懵懵懂懂的年纪，对于他们来说，感性认知比理性认知占据更重要的地位。所以老师跟他说，“这节很重要你要认真听”，并不能引起学生对物理知识的渴望，倒不如想想办法，如何把对学生说的“这个知识很重要”变为“我们一起来玩一个有趣的实验”。初中物理作为一门要倚仗实验进行的学科，实验在物理教学中的地位可想而知，但是有些学校由于器材短缺，或是器材破旧导致没有办法进行实验，或是实验效果不明显，或是一些实验根本没有办法在课堂上演示，或是没有办法很好地引起学生的兴趣。总之很多传统实验已经不能完全适应学生的学习方式，所以借助仿真实验能够很好地弥补实验教学中的不足。因此仿真实验在初中物理的教学中起着非常重要的作用，对于提高课堂教学的有效性也有着至关重要的意义。
参考文献：
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[4]曾俊菱，王仲来，宫雪，等.虚拟仿真实验在刑事科学技术专业物理实验教学中的应用展望[J].甘肃科技，2019，35（3）：79-80.
作者简介：
黄妙红，福建省漳州市，福建省漳州市第三中学。
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