劉國(guó)軍

摘 要 該文針對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀,通過(guò)模擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,提出了思考。

關(guān)鍵詞 模擬仿真 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門(mén)學(xué)科,許多物理概念和規(guī)律都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上是以教師為中心:演示實(shí)驗(yàn)教師做、學(xué)生看;分組實(shí)驗(yàn)則是學(xué)生在教師設(shè)計(jì)好的方案下進(jìn)行,學(xué)生沒(méi)有獨(dú)立思考的余地和實(shí)施創(chuàng)造性活動(dòng)的空間。另外,受器材、場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)條件及時(shí)間的限制,并不是每一個(gè)學(xué)生都真正地參與到實(shí)驗(yàn)中去了。這種以教師的主觀意識(shí)為主,學(xué)生完全處于被動(dòng)地位的學(xué)習(xí)方式,顯然不符合學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生應(yīng)是主體,教師是主導(dǎo)的這一教學(xué)理念。在這個(gè)教學(xué)理念下,演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)重視學(xué)生參與,分組實(shí)驗(yàn)則盡量采用探究的形式,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,讓學(xué)生真正進(jìn)入科學(xué)學(xué)習(xí)的狀態(tài),扮演主體的角色。這必然要求實(shí)驗(yàn)不能只是教材規(guī)定的那幾個(gè)。而根據(jù)探究學(xué)習(xí)的需要,學(xué)生可以嘗試自己選擇課題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇器材、收集數(shù)據(jù)、歸納并總結(jié)規(guī)律。顯然,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室已不能滿足這樣的要求。計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)正好為我們提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)。

2 計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

(1)將物理概念和規(guī)律的形成形象化,演示不能做的物理實(shí)驗(yàn)。在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,受條件的限制,有很多實(shí)驗(yàn)無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室里完成。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),很多常識(shí)性知識(shí)沒(méi)有切身體會(huì)便難以理解和接收,而使真實(shí)的情境進(jìn)入課堂有時(shí)是相當(dāng)困難甚至是不可能的,這種情形下,可通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程,讓學(xué)生通過(guò)觀察模擬仿真的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析得出結(jié)論和規(guī)律。如 粒子散射實(shí)驗(yàn),可用仿真物理實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)過(guò)程,動(dòng)態(tài)模擬極少數(shù) 粒子發(fā)生的大角度的偏轉(zhuǎn),這樣的效果肯定比教師在黑板上講解a粒子散射實(shí)驗(yàn)好得多。學(xué)生很容易記下a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置、過(guò)程、現(xiàn)象,深刻理解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)理論,進(jìn)而探索原子結(jié)構(gòu)。

(2)有些物理情景難以被學(xué)生想象,而這對(duì)學(xué)生理解、掌握物理概念和規(guī)律又有重要作用,用計(jì)算機(jī)制作仿真的物理情景便可起到雪中送炭的作用。例如,將編制的金屬發(fā)生光電效應(yīng)的模擬程序,在顯示中配以相應(yīng)的文字及圖象,學(xué)生在分組“模擬實(shí)驗(yàn)”的操作過(guò)程中,就能清楚地看到光電效應(yīng)的各種現(xiàn)象,達(dá)到良好的教學(xué)效果。

(3)實(shí)驗(yàn)所包含的物理本質(zhì)不夠清晰,需要用仿真模擬進(jìn)行補(bǔ)充,彌補(bǔ)視覺(jué)上的不足,使物理過(guò)程的本質(zhì)得以揭示,做到錦上添花。如描繪簡(jiǎn)諧振動(dòng)圖象的實(shí)驗(yàn),可把彈簧振子振動(dòng)的實(shí)物圖,相應(yīng)的振動(dòng)過(guò)程及圖象形成有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。計(jì)算機(jī)演示這種有聯(lián)系的動(dòng)態(tài)過(guò)程,能在實(shí)驗(yàn)中起到化解難點(diǎn)、突破重點(diǎn)的作用。又如楞次定律一向是難點(diǎn),原因在于磁通量是看不見(jiàn)摸不著的,這讓學(xué)生想象磁通量的增加、減少以及感應(yīng)電流的磁場(chǎng)反抗這種變化變得比較困難。利用計(jì)算機(jī)模擬仿真的優(yōu)勢(shì),把實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)有機(jī)結(jié)合起來(lái),既教知識(shí),又能培養(yǎng)能力。

(4)利用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù),可以使抽象的問(wèn)題形象化。如布朗運(yùn)動(dòng)、分子電流假說(shuō)等,利用動(dòng)態(tài)模擬可以達(dá)到非常理想的教學(xué)效果。還可以使瞬間的物理現(xiàn)象永久化。如波的傳播過(guò)程、碰撞過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程等等。相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)還有很多優(yōu)勢(shì)。如可以無(wú)限次重復(fù)實(shí)驗(yàn)而不必考慮耗材的問(wèn)題?？梢噪S時(shí)暫停在某一環(huán)節(jié)仔細(xì)觀察。對(duì)于一些有危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn),用計(jì)算機(jī)模擬仿真之后,安全問(wèn)題也就不存在了。計(jì)算機(jī)還可以充當(dāng)教師的角色,對(duì)于學(xué)生所犯的錯(cuò)誤,系統(tǒng)可給予及時(shí)的提醒。

3 使用模擬仿真技術(shù)優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)、理解和物理規(guī)律的形成、掌握常常是建立在對(duì)物理現(xiàn)象的真實(shí)感知的基礎(chǔ)之上的,這一過(guò)程只有借助真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程才能實(shí)現(xiàn),因此有條件完成的實(shí)驗(yàn)應(yīng)先進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的演示,或讓學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生獲得一個(gè)感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ),然后,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真,使連續(xù)或瞬間的物理過(guò)程變得有序和可控制,再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行抽象和分析。對(duì)于一些抽象的理想實(shí)驗(yàn),難以觀察的實(shí)驗(yàn),有危險(xiǎn)而不能做的實(shí)驗(yàn),則可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。需要特別指出的是,模擬得再好,仿真度再高的實(shí)驗(yàn)都不可能替代實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),它只能起到輔助教學(xué)的作用。因?yàn)?任何物理概念和規(guī)律都只能來(lái)自于生活實(shí)際和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中原創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)地位不可動(dòng)搖,模擬仿真實(shí)驗(yàn)只能是一種輔助工具。一句話總結(jié)就是,模擬仿真實(shí)驗(yàn)不可不用,不可濫用。

總之,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù),將不僅是教學(xué)手段的變革,還必將促進(jìn)教學(xué)思想與教育理論的改革,將全面提高教育教學(xué)質(zhì)量。我們每一位物理教師應(yīng)積極參與進(jìn)來(lái),努力提高自身素質(zhì),轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,改進(jìn)教學(xué)方法,只有這樣,才能在時(shí)代的發(fā)展變化中,做一名合格的教師。

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