仿真物理实验室对新课改中学物理教学的意义

仿真物理实验室是针对中学物理教学而设计的一个实验器具完备的综合性实验室软件，由多个模块组成，分别是主模块、光学模块、电学模块、热学模块和初中模块。它提供了运动对象、小球、弹簧、绳子、连杆、滑轨、电荷等实验器具，并集成了重力场、电场、磁场、万有引力、阻尼介质等实验环境。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验室，创建各种物理模型，模拟实验全过程。该软件还提供多样的数据输出方式和分析方法，便于在教学过程中分析物理过程。为教师和学生提供了一个全开放的物理教学平台和自主探索性学习平台。
　　下面结合中学物理课程改革的理念就仿真物理实验室运用在中学物理教学中的意义，我进行了初步的探讨。
　　一、运用于中学物理实验教学中，有利于培养学生的创新能力
　　中学物理是以实验科学为基础的，实验教学在中学物理教学中有着举足轻重的作用。丰富多彩、生动有趣的实验是物理实验教学的特点，利用实验课不仅可以让学生记住某些相关结论、实验步骤，而更为重要的是能够使学生透彻理解并且完全掌握产生实验结论的过程。实验教学可以激发学生的学习兴趣，促使学生积极主动地参与到物理教学中，而且在进行实验操作的过程中，不仅培养了学生的动手能力，创造能力以及分析问题的能力，还培养了严谨、认真、耐心的科学态度。
　　但是在传统中学物理实验室存在很多弊端，比如，实验条件的限制导致实验结果与理论不一致，甚至相反，让学生经常对正确的理论产生过分地怀疑；还有些中学出于安全考虑和为了避免仪器损失而在实验室规定了许多规章制度，束缚了学生的创新性思维；甚至，有的学校教师因为实验室太小，仪器缺乏，上实验课需要的时间太长影响课程进度等原因，不愿意带学生做实验等等。这在中学物理教学中，严重影响了学生的动手操作能力，更是抑制了学生的创造性思维的发展。
　　利用仿真物理实验室恰好可以大大改善传统实验教学对学生的种种制约。在操作实验之前，学生先在仿真实验室进行模拟实验，帮助熟悉实验步骤及实验方法，熟练之后再实际操作，既做到真正动手，又避免了仪器的损坏，还节省时间，从而有效地提高实验课教学效率。
　　更重要的是，仿真技术运用到实验教学中，帮助充分调动学生的积极性，增强学生的自主意识，有利于发挥学生的创造性思维。学生在虚拟环境中操作，不受仪器短缺和害怕损坏仪器的影响，以良好的心态充分发挥想象力大胆地搭建自己创作的实验模型，积极主动地参与到实验教学中，使教学真正达到以学生的学为中心的新课改要求，培养学生的自主发现问题的能力。有了发现的意识和能力，才会创新。正如，陶行知先生在《第一流的教育家》一文中指出：“敢探未发明的新理，即是创新精神；敢入未开化的边疆，即是开辟精神。”“探未发明的新理”和“入未开化的边疆”，指的就是“发现”。
　　二、运用于中学物理课堂教学中，有利于提高教学效果
　　在物理概念、定理和规律的讲解中，经常会采用实验演示法，对一些抽象的，难以观察，和课堂中难以真实再现的实验，比如，说明牛顿第一定律的伽利略理想实验，磁感应线的空间分布，LC回路中自由电子的振荡过程，核爆炸等，教师无法进行实验演示，造成学生对这些知识点理解的困难，不能很好地掌握物理概念、定理或规律，甚至逐渐导致学生对物理的学习失去兴趣。而采用仿真物理实验室对这些实验进行仿真模拟、永久再现，将抽象知识具体化、形象化，微观现象可视化，瞬间现象永久化，可以避免过于空洞的描述，是学生产生真切的体验，激发学生的学习热情，促进学生学习的积极性。同时将这些难以理解和观察的实验现象或概念更清晰、直观、深刻地印入学生的脑海，实现对抽象物理概念和规律的感性认识，再上升为理性认识。这样也有助于发挥演示实验在中学物理教学中的作用，是教学最优化。
　仿真物理实验室不单单是对实验的模拟，也可以用来帮助分析物理规律。例如，平抛运动是垂直方向上的自由落体运动和水平方向上的匀速直线运动的合成。从自由落体运动到平抛运动，将一维空间转变为二维空间，对这两种运动进行对比的时候，就可以创建两个小球，设置高度和速度等相关属性，使其从空间中同一位置开始分别做自由落体和平抛运动，然后利用仿真物理实验室提供的一种闪照的数据输出方式，便可清晰地看到两种运动情况，从而得出结论。再如，简谐运动的新课教学中，学生习惯了分析恒力作用下物理的单程运动，对振动过程的分析和理解存在思维定势，难以理解，在教学中辅以仿真模拟，可以有效地帮助学生进行分析，解决教学难点，提高教学效果。
　　还可利用它来方便地制作一些比较复杂的课件，突破技术屏障，使教师的精力主要放在如何优化课堂教学设计，从而提高教学效率。
　　三、运用于中学生自主学习中，有利于培养自主探究能力
　　中学生课后通过做习题巩固所学内容时，会遇到一些情况复杂的物理场景，尤其是对在电场、磁场或者电磁场中运动的粒子的复杂轨迹的分析，可以在仿真物理实验室中建立相应的物理模型，对软件自动生成的运动轨迹进行分析，结果一目了然，帮助学生理清分析思路。在没有老师辅导的情况下，学生也可以利用仿真模型再现习题中的物理情景，加深印象，进一步分析问题，细化知识点。对课本中的实验与探究部分的预习，更是可以通过仿真实验进行自主探究，加深对物理现象的印象，便于对物理定理或规律的理解。这样，不仅帮助学生较容易地掌握基础知识和基本技能，还使学生学会自主探究，对物理学科产生积极情感，逐步形成努力求知，乐于在探索中获取新知的心里素质，培养不断探索的科学精神。这也是中学物理新课程改革中所倡导的。
　　仿真物理实验室作为目前中学物理学科实现信息技术与学科教学整合的技术软件，能够提高教学效果，帮助培养学生的自主探讨能力、创新能力和分析能力，但是在应用于实际教学中，一定要明确它是一种创设真实情景的工具，在教师教与学生学的过程中，都应将它作为一种辅助性工具，不可盲目地运用，更不可将仿真实验取代传统实验，应该将两者辩证地统一起来，提高学生的科学分化素质和实验技能。总之，合理地将仿真物理实验室运用到中学物理教学中才能充分发挥它的力量和魅力，使其有效地服务于教学过程。
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