虚拟仿真软件在中学物理教学中的应用

虚拟仿真软件在中学物理教学中的应用

陈炳林

罗定市都门中学   527234

摘要：近年来，随着我国社会和经济的快速发展，信息技术水平的迅速提高，计算机技术已实现跨学科应用，能有效解决教学中出现的问题。在此背景下，本文试图将计算机技术与中学物理实验相结合，提出利用虚拟仿真实验和技术进行中学物理教学的构想，为中学物理实验的成功提供参考支持。

关键词：计算机虚拟仿真技术；中学物理；应用

引言：

随着信息技术的进步，计算机虚拟仿真技术凭借其简便、快速、高效等良好优点越来越受到教师和学生的欢迎，将其应用于物理实验，不仅是对传统物理实验的补充，更是一种新的变革与实验。

一、计算机仿真技术在中学物理中应用的优势

（一）投资较少，相对灵活

传统的物理实验存在着现实的弊端。一方面，实验仪器在长期使用后会磨损，因此会产生大量测量误差，不仅降低测量的精确度，还增加校准和维修次数。另一方面，实验仪器容易受到温度、湿度、空气、光照等外部因素的影响，从而降低仪器的稳定性。

模拟实验不受这些因素的影响。在理想情况下，程序员事先设置、校验参数以保障模拟实验的顺利开展，有效预防学生因错误或不当行为造成实验失败而产生沮丧感。同时解决了用实物进行实验不但会消耗实验耗材，还将会产生实验垃圾的问题。与传统物理实验相比，计算机虚拟仿真技术投入成本较小且操作灵活，更容易进行实验规划和修改。

（二）能够克服时间和空间的制约

当今互联网技术的发展为在线教学提供了可靠的技术支持，学生可以在线登录虚拟仿真实验室，随时随地进行模拟，传统实验室受时间和空间制约的不利条件得以解决。教师可以将传统的实验教学模式、虚拟仿真实验室与远程教学相结合，创建物理实验三维教学的新模式。在最新的计算机软件开发技术的支持下，物理模拟教学的环境将更自然直观，教学内容更丰富多彩，学生的学习兴趣更浓郁。

二、计算机仿真技术在中学物理中的应用

（一）提高物理实验教学的效果

在中学物理实验教学中，课堂演示实验是非常必要的。然而，在实践中，一些实验教学中的示范效果往往并不理想。造成这种现象的主要原因有三：一是由于受到一些特定的条件和突发情况的影响，一些演示实验没有取得很好的结果，往往是由于出现了较大的偏差，甚至是错误，从而影响了教学演示实验的教学效果；二是由于某些实验受到时间和空间的制约，学生的视角较小，清晰度较差，有的学生甚至不能清楚、完整地看到实验的全过程和现象，严重影响了实验的效果；三是一些演示实验需要很长的时间，或者由于一些条件的制约，无法在教室里进行。在课堂实验中，教师可以充分运用虚拟物理实验，让学生在老师的指导下自行挑选实验设备，并进行示范操作。该方法既能完整地呈现课堂演示，又能提高课堂演示实验的效率，从而达到较好的实验教学效果。

比如，在学习“造成家庭电路电流过大的原因”的时候，在教室里使用220V的电压进行短路试验是非常危险的。于是教师可以在触摸屏上，充分利用虚拟仿真实验室里的实验设备，然后将一根空导线的两端分别插入到一个两孔插座的插孔中，关闭电源，“嘭”一声，保险丝瞬间融化。本示范实验不仅能让学生更清楚地了解家中线路的构成，而且能让学生更深刻地感受到短路的危害，在取得良好的教学效果中，也提高了他们的安全用电意识。

（二）加深学生对知识的理解

在中学物理教学中，存在着较多的知识性问题，学生既难理解，也难掌握。产生这种困难的原因主要有两个：一是概念过于抽象。老师也难以用精确的语言来表达，因此会给学生带来一些理解上的困难，比如电流，磁力线，分子运动等等。二是由于学生缺少人生经历和见识，对所学的知识缺乏形象、直观的理解。要解决这些难题，最重要的是要把抽象变成图像，把看不见的东西变成看得见的东西。比如，通过物理虚拟仿真软件，把抽象的东西直观地呈现出来，让学生一眼就能看清，就能有效地解决学生对知识难理解、难掌握的现实问题，深化理解。

如“常见电路故障的判断”是历年考试的重点内容之一，但对考生来说，却是一个很难掌握、很难判断的知识点。这是因为学生们不能直观看见电流在电路里的流动情况，只能借助老师的语言讲授，加之机械记忆，知识点久而久之就会忘记。针对此问题，教师应在课堂上充分运用虚拟电学实验设备，将所示的实验电路与交互电子白板相连接，并分别进行L1短路、L2短路、L1断路和L2断路四种电路故障情况的演示，以便学生比较其实验现象。通过这一系列的演示实验，学生可以很直观地感觉到四种情形下的不同电流流经路径、各灯泡的发光状况、各电表的显示值的改变。学生对这些常见的线路故障有了深刻的认识，就可以轻易地作出判断，知识便能学以致用了。

三、虚拟仿真实验与学生实验结合应用

中学物理实验主要包括教师引导的示范实验和学生合作的小组实验。相对于老师的示范实验，小组实验不仅可以提高学生的动手能力，而且可以提高他们的团队合作精神，为以后的工作提供一定的帮助。

通过将物理虚拟仿真实验和学生小组实验相结合，可以有效地提高学生小组实验的有效性。比如，在学生小组中进行“测量小灯泡的功率”的实验，教师可以采取以下几种方法：先让学生说出实验的基本原理，设计出相应的实验电路，再通过讨论设计出相应的实验程序和数据表格。然后，安排两个学生在触摸屏上展示“连电路、做实验、填数据、收集设备”的实验步骤。同时，让其他实验团队仔细检查，发现其中的问题，并给出相应的解决方案。最后，由各个小组使用各自提供的试验设备，共同测试各个灯泡在不同的电压下的电功率。将虚拟仿真实验与学生小组实验相结合，既能激发学生的实验兴趣，又能有效地提升学生的实验操作能力，更能有效地提高实验教学的质量。

四、虚拟仿真实验提高学生能力

物理学是一种基于实验的科学。在物理教学中，培养学生的物理实验操作能力，是提高学生物理实验质量和物理教学质量的关键。在物理实验操作中，强化学生的实践意识，培养学生的动手操作能力，习得物理实验技能，是落实学科素养的要求，也为学生今后走向社会奠定了坚实的基础。因此，在物理教学中，加强学生的物理实验操作能力是非常必要的。近年来，全国各地的中学物理实验教学都加大了对学生的物理实验操作能力的考核。

为了切实提高学生的实践操作能力，在教学中，除了设计学生的动手环节外，还应在课后为学生提供一个实习的平台，让他们在课余时间内进行自己的实验操作和探索。但是，光凭学校实验室里的物理实验设备是远远不够的，而且由于实验场地和实验时间有限，学校的实验设备也不允许每个人都能随时随地进行实验操作和探索。而充分运用物理虚拟仿真实验，既能有效弥补学校实物实验设备的不足，又能达到学生在任何时间、任何地点都能独立完成实验操作和探索的目的。在信息技术和科技飞速发展的今天，计算机、平板电脑、智能手机已经成为了绝大多数学生的必需品。在这种情况下，老师们可以通过手机将虚拟仿真实验的软件发给学生，让他们自行下载和安装。借助虚拟仿真实验设备，学生们可以进行一些简单的实验。通过这种方式，学生可以逐步提高实践操作能力，培养创造性思维。

结语：

虚拟仿真实验在中学物理教学中的运用，对传统物理实验的发展起到了很大的促进作用，但它仅仅是对传统物理实验的补充、完善和扩展，无法完全取代实体实验的功能，即对学生的实际操作能力的培养。同时，在实践操作过程中遇到的种种问题，使学生的自我探索和思维能力受到一定程度的制约，教师也不能将真实的实验与虚拟的实验相结合。所以，要使中学物理实验教学效果最佳化，必须要把教材内容与学生的认知实际等结合起来，灵活地使用，使之相互补充、优势互补。

参考文献：

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