彭超

摘 要 分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件，就其在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞 初中物理；虛擬仿真技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）05-0159-02

1 前言

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在教育領(lǐng)域里得到廣泛推廣、普及和應(yīng)用，這為傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新鮮的血液，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是當(dāng)前科學(xué)前沿技術(shù)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的具體體現(xiàn)，可以突破實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備不足等教學(xué)限制，幫助學(xué)生直觀、形象地模擬各種物理實(shí)驗(yàn)的操作過程，有利于促使學(xué)生積極投入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，不斷提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件分析

仿真物理實(shí)驗(yàn)室 仿真物理實(shí)驗(yàn)室是一款針對中學(xué)物理課堂開放性而設(shè)計(jì)的專業(yè)物理學(xué)習(xí)軟件，可以為學(xué)生提供完善的綜合實(shí)驗(yàn)室，更好地實(shí)現(xiàn)各種物理演示實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生更好地驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)猜想。比如可以為學(xué)生提供一個包括平面角、凹凸透鏡和棱鏡等物理模型在內(nèi)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，使師生按照自己制訂的實(shí)驗(yàn)方案來自行構(gòu)建各種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停骄坑嘘P(guān)的物理規(guī)律。學(xué)生可以借助光學(xué)實(shí)驗(yàn)室來合理構(gòu)建凸透鏡成像模型，以發(fā)現(xiàn)和歸納出凸透鏡成像的具體規(guī)律。另外，該種虛擬軟件具有較高的集成度，并且易于操作，可以使學(xué)生便捷地進(jìn)行各種物理實(shí)驗(yàn)，真實(shí)性比較強(qiáng)。

MATLAB仿真軟件 MATLAB仿真軟件是一款用于數(shù)據(jù)可視化、分析與計(jì)算的計(jì)算機(jī)軟件，廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算以及圖像、通信與信號處理等領(lǐng)域中，并且主要包括MATLAB和Simulink兩個部分。與仿真物理實(shí)驗(yàn)室這款仿真軟件相比，MATLAB仿真軟件具有比較強(qiáng)的靈活性，更加有利于構(gòu)建有關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，同時其界面比較簡潔，有利于編程，另外還有集成度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一款功能非常強(qiáng)大的仿真軟件。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件的具體應(yīng)用

在測量型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 測量型實(shí)驗(yàn)是初中物理中一種基本的實(shí)驗(yàn)類型，步驟比較簡單，所用設(shè)備也比較容易獲得；但是針對那些比較復(fù)雜的測量實(shí)驗(yàn)而言，無法使學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行。借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件的合理運(yùn)用，可以幫助學(xué)生更好地觀察有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

以“伏安法測小燈泡電阻”為例，就虛擬仿真技術(shù)軟件在物理實(shí)驗(yàn)中的具體運(yùn)用進(jìn)行分析和探究，以幫助學(xué)生更好地掌握測量小燈泡電阻的方法。首先，在仿真實(shí)驗(yàn)開展之前，物理教師需要先讓學(xué)生明確本次實(shí)驗(yàn)課程開展的主要目標(biāo)，并要使學(xué)生掌握電流表和電壓表測電阻的方法，以便學(xué)生可以借助歐姆定律的合理運(yùn)用來測量有關(guān)的電阻值。而在具體的模擬仿真實(shí)驗(yàn)開展中，物理教師可以采用邊講解邊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的方法和手段，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)歐姆定律原理來連接軟件中的各種實(shí)物電路圖，接著要求學(xué)生通過鼠標(biāo)滑動變阻器的劃片來改變電阻數(shù)值，并要記錄對應(yīng)的電流和電壓數(shù)值，最后引導(dǎo)學(xué)生繪制出小燈泡電阻的伏安特性圖，從而使學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)和掌握有關(guān)的物理規(guī)律。

在探究型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 探究型實(shí)驗(yàn)也是高中物理中一種常見的實(shí)驗(yàn)類型，其重在培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的能力，以便讓學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的探究精神和意識，有助于使學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律。此外，探究型實(shí)驗(yàn)的開展也可以使學(xué)生針對具體的物理問題采用不同的實(shí)驗(yàn)來加以解決。在真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)開展過程中，因各種外界因素的影響，物理實(shí)驗(yàn)方案有可能無法順利實(shí)施，所以可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)的引入來解決這一問題。教學(xué)實(shí)踐表明，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率更加有利于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的完成。如在凸透鏡成像規(guī)律的探究型試驗(yàn)中，光線的影響對于實(shí)驗(yàn)觀察的效果具有較大的影響，而如果沒有準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更談不上實(shí)驗(yàn)規(guī)律的有效總結(jié)。此時可以在實(shí)驗(yàn)開展過程中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件，確保探究實(shí)驗(yàn)開展的質(zhì)量。

下面以凸透鏡成像規(guī)律的探究為例，就虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件在探究型物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用進(jìn)行分析和探究[1]。

首先，物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察在實(shí)際生活中存在的各種與凸透鏡有關(guān)的現(xiàn)象，并提出有關(guān)的探究性問題，比如物距大小是否會對成像產(chǎn)生影響？具體特點(diǎn)是什么？接著物理教師需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的猜想來設(shè)計(jì)有關(guān)的探究性實(shí)驗(yàn)。然后，物理教師鼓勵學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)思想借助仿真軟件來進(jìn)行檢驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)結(jié)果。最后，物理教師讓學(xué)生根據(jù)分析所得到的各種數(shù)據(jù)來幫助學(xué)生更好地歸納出凸透鏡成像的規(guī)律。另外，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件運(yùn)用，為學(xué)生排除其他影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀因素，比如室內(nèi)光照情況等，從而可以使學(xué)生全身心地去探究有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論[2]。

在演示型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 演示型實(shí)驗(yàn)也是一種比較常見的物理實(shí)驗(yàn)形式，其可以幫助學(xué)生更好地理解有關(guān)的物理知識、規(guī)律和原理，深化學(xué)生對于這些知識的理解和認(rèn)識。但是在當(dāng)前的初中物理教學(xué)過程中，因班級人數(shù)過多，部分學(xué)生可能因距離過遠(yuǎn)而無法清晰地觀察教師所做的各種物理實(shí)驗(yàn)，部分甚至可能會因?yàn)橛^察不清楚而發(fā)牢騷或在課堂上公然睡覺等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件可以有效地解決上述學(xué)生觀察不清、缺乏學(xué)習(xí)物理知識興趣的問題，也可以解決那些受外界環(huán)境因素影響大的演示型實(shí)驗(yàn)效果不理想的問題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。

如針對光的反射實(shí)驗(yàn)，物理教師可以借助光的反射演示實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生更好地了解和掌握反射定律。但是影響自然光的反射實(shí)驗(yàn)效果的因素比較多，物理教師開展演示實(shí)驗(yàn)的效果不是非常理想。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件在其中的運(yùn)用則可以有效克服這個問題。首先，物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生借助仿真軟件平臺來演示光反射現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)習(xí)物理知識的興趣，幫助學(xué)生根據(jù)有關(guān)的現(xiàn)象來自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去總結(jié)和驗(yàn)證反射定律，從而提高課堂演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用質(zhì)量。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件除了應(yīng)用于測量型、探究型和演示型等物理實(shí)驗(yàn)中，還可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)型和操作型等類型的物理實(shí)驗(yàn)中，并均取得良好的教學(xué)效果。因此，在平時的初中物理實(shí)驗(yàn)中，物理教師需要以身作則，不斷提升自己的專業(yè)能力，尤其應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力。還要明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的缺陷和不足，以更好地發(fā)揮其教學(xué)優(yōu)勢。另外，學(xué)校也應(yīng)該積極進(jìn)行相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件的引進(jìn)，滿足初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。但是為了確保軟件設(shè)計(jì)的科學(xué)性，希望有關(guān)設(shè)計(jì)人員必須要加強(qiáng)與一線教師的溝通和交流，從而充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)摸式二者的優(yōu)勢，不斷提升軟件的應(yīng)用功能和質(zhì)量。

總之，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個虛擬的“真實(shí)”實(shí)驗(yàn)操作情境，有利于激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，調(diào)動學(xué)生的熱情，同時也有助于實(shí)驗(yàn)的順利開展，免受客觀因素的影響。因此，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，物理教師必須合理運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件來開展教學(xué)，還要兼顧傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而不斷提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]劉長春.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)于初中物理試驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)，2013（22）：16-17.

[2]張偉.運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率[J].學(xué)周刊，2015（11）：59-60.