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一、仿真物理實(shí)驗(yàn)室概述
仿真物理實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)設(shè)備較為齊全的模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的物理教學(xué)軟件平臺(tái)，此軟件一般包括三個(gè)仿真模塊，即《運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)模塊》《電學(xué)模塊》和《光學(xué)模塊》，各個(gè)模塊又各自包含許多實(shí)驗(yàn)器具和集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在任意組合的虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中構(gòu)建仿真的各種環(huán)境，自主設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)象的各種參數(shù)，通過(guò)智能仿真做到動(dòng)畫與數(shù)據(jù)的結(jié)合，以其實(shí)現(xiàn)逼真的物理實(shí)驗(yàn)效果。
二、仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建
物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在網(wǎng)絡(luò)版“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”環(huán)境下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是基于發(fā)現(xiàn)式探究教學(xué)理論的四個(gè)環(huán)節(jié)即創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題、引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)、歸納總結(jié)和“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的切身實(shí)踐，逐漸形成對(duì)仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建。仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程為：學(xué)生播放仿真實(shí)驗(yàn)室中的內(nèi)置課件→教師創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題并引導(dǎo)建立實(shí)驗(yàn)假設(shè)→教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度系數(shù)安排決定學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)和小組協(xié)作實(shí)驗(yàn)→學(xué)生進(jìn)行邏輯推理而探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論→學(xué)生獨(dú)自驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論并在一定條件下改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新→教師揭秘實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)并歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
三、運(yùn)用仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)的案例設(shè)計(jì)和分析
1.仿真物理實(shí)驗(yàn)室在力學(xué)中的案例設(shè)計(jì)和分析
關(guān)于力學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及很多，但有些實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境條件的限制會(huì)使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生一些誤差，但如果運(yùn)用仿真物理實(shí)驗(yàn)室在軟件環(huán)境中就可以創(chuàng)造出一個(gè)沒(méi)有阻力的環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。筆者擬選擇動(dòng)量守恒定律來(lái)作為力學(xué)中的典型案例來(lái)闡述仿真物理實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式。以下內(nèi)容為運(yùn)用仿真物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)量守恒定律的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：（1）創(chuàng)設(shè)情境一是播放仿真物理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)置的課件進(jìn)行動(dòng)畫演示：兩個(gè)雞蛋同時(shí)從相同等距離的高度分別落到木質(zhì)桌面和沙灘上，前者破碎而后者卻完好無(wú)損。二是拋出問(wèn)題，如動(dòng)畫演示現(xiàn)象如何解釋？或兩碰碰車相撞，其動(dòng)量如何變化？三是提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。把相撞的碰碰車或兩雞蛋抽象成仿真物理實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)小球，觀察不同變量對(duì)兩個(gè)小球的變化。（2）實(shí)驗(yàn)任務(wù)在仿真物理實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，讓學(xué)生設(shè)定不同質(zhì)量和相同質(zhì)量?jī)煞N情況下的小球，分別實(shí)驗(yàn)一靜一動(dòng)相撞、相向相撞和同向相撞，計(jì)算兩小球動(dòng)量變化的結(jié)果，并改變參數(shù)多次實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程一是在工具箱中選擇兩小球并據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定質(zhì)量和坐標(biāo)參數(shù)；二是畫出一個(gè)20m長(zhǎng)度的直線軌道并設(shè)置參數(shù)和為零的摩擦系數(shù)；三是將兩小球放置直線軌道上，分別進(jìn)行一靜一動(dòng)相撞、相向相撞和同向相撞并記錄速度；四是改變小球質(zhì)量和初速度，多次實(shí)驗(yàn)并對(duì)應(yīng)記錄，探索動(dòng)量變化規(guī)律；五是進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)討論；六是老師歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。為深刻理解這一定律，可做這樣的實(shí)驗(yàn)：運(yùn)動(dòng)的藍(lán)色小球沿左方向碰撞固定在彈簧上的綠色靜止小球（如圖1所示）。橫縱坐標(biāo)分別為時(shí)間軸和速度軸，即代表兩小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度變化。
2.仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)于高中學(xué)生的應(yīng)用效果
筆者基于對(duì)某高中一段期間的實(shí)地調(diào)查和反饋，獲知學(xué)生通過(guò)仿真物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，不僅學(xué)習(xí)興趣與日俱增，而且學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力得到發(fā)展。例如，在創(chuàng)新能力考察方面，一是看學(xué)生是否由知識(shí)注重轉(zhuǎn)向能力注重，二是看學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和遷移能力。能力考察方式有許多種，在此只選取一例進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。譬如教師可以給出一定的實(shí)物讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理。其中，一位學(xué)生這樣操作：將木塊A和木塊B用細(xì)繩連接繞過(guò)定滑輪，木塊A和木塊B分別與長(zhǎng)木板右端和地面距離為h,放開(kāi)A使B帶動(dòng)A做加速運(yùn)動(dòng)，結(jié)果A離開(kāi)長(zhǎng)木板的同時(shí)B也恰好落地。這一實(shí)驗(yàn)操作如圖2所示：
四、結(jié)語(yǔ)
仿真物理實(shí)驗(yàn)室只是更好地為高中物理教學(xué)提供一個(gè)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的軟件平臺(tái)，不是通用于任何教學(xué)過(guò)程之中，而要想發(fā)揮其最大功效還需采取有效策略并結(jié)合建構(gòu)主義和行為主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)方式，來(lái)激發(fā)高中學(xué)生的興趣。不過(guò)，針對(duì)仿真物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的模塊對(duì)象如果引入插件機(jī)制、主模中添加時(shí)間線功能、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線的輸出功能中能夠自定義變量和描述運(yùn)動(dòng)學(xué)以外的圖像、電學(xué)模塊中添加電感和電容等，這樣就會(huì)夠更加擴(kuò)大軟件的適用范圍。
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