朱天鎖

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在物理教學(xué)中，正確規(guī)范的做好實(shí)驗(yàn)，既可以激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生形成物理概念，掌握物理規(guī)律，又可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?自己通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐體會(huì)到，作為物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要方面的內(nèi)容——模擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用在物理教學(xué)中，對(duì)于彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的不足，克服其局限性，在建立概念，發(fā)現(xiàn)、檢驗(yàn)和深化物理規(guī)律等方面有重要的作用.近年來(lái)，隨著物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的更新，多媒體教學(xué)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，以往教學(xué)中比較抽象、比較復(fù)雜或用通常實(shí)驗(yàn)手段觀察不到的一些物理現(xiàn)象，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可以生動(dòng)形象的演示出來(lái)，為模擬實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中開辟了越來(lái)越多的新領(lǐng)域，使模擬實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中顯得越來(lái)越重要了.本文就運(yùn)用模擬實(shí)驗(yàn)的方法，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)能力等方面做一些探討.

一、利用模擬實(shí)驗(yàn)，排除干擾，突出重點(diǎn)

有的天然物理過(guò)程，由于不能人為的控制其發(fā)展，也不能排除次要因素的影響，常常被一些表面現(xiàn)象所迷惑得出錯(cuò)誤結(jié)論.而根據(jù)人們研究的需要，利用模擬實(shí)驗(yàn)，人為的控制實(shí)驗(yàn)條件，排除干擾，突出重點(diǎn)，抓住關(guān)鍵，使問(wèn)題的研究更加集中，更加典型，這就有利于人們準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和把握所研究的物理現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律性，例如有關(guān)落體運(yùn)動(dòng)，學(xué)生據(jù)日常所見(jiàn)早已形成重的物體比輕的物體下落的快的錯(cuò)誤觀念.學(xué)過(guò)牛頓第二定律后，雖然從理論上得出了在同一位置上的一切物體不論質(zhì)量大小，它們加速度相同的結(jié)論，但遇到具體問(wèn)題，往往又回到早已定型的錯(cuò)誤結(jié)論上去.所以教材上除列舉了許多實(shí)例外，還安排了牛頓管的模擬實(shí)驗(yàn).為了使實(shí)驗(yàn)的效果更加理想，在課堂演示時(shí)采取使這個(gè)過(guò)程逐漸接近理想條件的方法.先打開牛頓管的閥門，讓學(xué)生觀察管內(nèi)羽毛和鐵片運(yùn)動(dòng)快慢的差異，然后分幾次逐步抽氣，讓學(xué)生觀察比較隨管內(nèi)氣壓的減小，羽毛和鐵片運(yùn)動(dòng)快慢的差異的變化，直到兩者同時(shí)到達(dá)底端.這樣不僅使學(xué)生掌握了落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且明確了在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，是人為的控制條件，逐步排除空氣的干擾，純化實(shí)驗(yàn)條件，突出重點(diǎn)，使它接近理想化的程度.

二、利用模擬實(shí)驗(yàn)，使微觀現(xiàn)象宏觀化，抽象內(nèi)容具體化

有些物理現(xiàn)象，由于涉及的物體太小，給觀察帶來(lái)了很大的困難或根本觀察不到.利用模擬實(shí)驗(yàn)，可以較好的解決這個(gè)問(wèn)題，如講布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常是用花粉或滕黃粉放在顯微鏡下，讓學(xué)生分組觀察，由于顯微鏡觀察范圍的限制，加上學(xué)生對(duì)微觀世界缺乏認(rèn)識(shí)，老師難于指導(dǎo)，有些學(xué)生根本找不到真正的觀察目標(biāo)，完不成觀察的目的.特別是對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)是反映大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的抽象解釋，學(xué)生不易理解.利用布朗運(yùn)動(dòng)模擬演示器來(lái)模擬布朗運(yùn)動(dòng)，借助投影儀進(jìn)行演示，形象直觀.實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)到發(fā)擊機(jī)構(gòu)使環(huán)內(nèi)的小鋼珠產(chǎn)生無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這些小鋼珠反復(fù)撞擊橡膠小圓面，小圓面也做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這幅圖像就形象的模擬了布朗運(yùn)動(dòng).在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不僅看到了懸浮在水中的固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的抽象解釋中，涉及到看不見(jiàn)的分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況也“一目了然”.

這類模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是形象化的類比，學(xué)生是通過(guò)模擬圖像去理解物理問(wèn)題的.對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的想象能力、創(chuàng)造能力和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有很大的作用.因此，在學(xué)習(xí)課外活動(dòng)中，我有意識(shí)的安排這類形象的模擬問(wèn)題，讓學(xué)生仿制或設(shè)計(jì)一些模擬教具.如有的同學(xué)利用明膠片制成投影片來(lái)模擬飽和汽的情況，兩個(gè)動(dòng)片上用圓點(diǎn)來(lái)模擬分子，通過(guò)兩個(gè)動(dòng)片向相反方向的運(yùn)動(dòng)，在屏幕上顯示出汽分子從液面飛出飛進(jìn)的運(yùn)動(dòng)情況，形象逼真.有的同學(xué)用在兩個(gè)明膠片上分別畫出的一組同心圓，演示波的干涉現(xiàn)象，效果明顯.在交流時(shí)，表演者十分興奮，為自己取得的成績(jī)而感到欣喜;觀察者情緒激動(dòng)，提高了學(xué)習(xí)物理的興趣和參加課外活動(dòng)的熱情.

近年來(lái)，隨著多媒體技術(shù)的普及和應(yīng)用，利用微機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)已成為一種富有特色的新的教學(xué)形式，學(xué)生在這個(gè)特有的環(huán)境下學(xué)習(xí)表現(xiàn)出一種強(qiáng)烈的求知欲望.其實(shí)，它的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在教學(xué)中，有許多物理現(xiàn)象和過(guò)程不能在通常情況下或從簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)中獲得，像一些具有危險(xiǎn)性或代價(jià)昂貴的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)微機(jī)就可以模擬出這些過(guò)程或現(xiàn)象.

三、利用模擬實(shí)驗(yàn)，使動(dòng)態(tài)過(guò)程能動(dòng)能靜，動(dòng)靜結(jié)合

有些動(dòng)態(tài)變化中，現(xiàn)象稍縱即逝，利用模擬實(shí)驗(yàn)不僅可以將動(dòng)態(tài)過(guò)程顯示出來(lái)，而且可以通過(guò)“暫?！睂⒛骋凰矔r(shí)的情況反映出來(lái)，大大增強(qiáng)了直觀性.例如，在機(jī)械波的形成過(guò)程中，媒質(zhì)中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)處于不停的震動(dòng)中，波形不停的向前傳播，容易造成媒質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)隨波向前遷移的錯(cuò)覺(jué)，某一瞬時(shí)的情況就更不容易掌握.利用波動(dòng)演示器模擬橫波和縱波形象，效果很好，它主要是利用一組偏心輪來(lái)帶動(dòng)模擬質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行演示的，它既可以慢動(dòng)作的模擬波的形成和傳播，也可以反映某一瞬時(shí)波的形狀，分析各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置等.這就克服了以往利用掛圖只能說(shuō)明某一瞬時(shí)的波形，無(wú)法說(shuō)明波的傳播和質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，能靜不能動(dòng)的缺陷，能動(dòng)不能靜的不足，以及觀察實(shí)際波動(dòng)過(guò)程，無(wú)法撲捉某一時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的情況.而波動(dòng)演示器的模擬演示，則能動(dòng)能靜，動(dòng)靜結(jié)合，同時(shí)還可以對(duì)整個(gè)過(guò)程分層再現(xiàn)，為學(xué)生提供了觀察和思考的機(jī)會(huì)，加深了印象.

利用微機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行模擬，是微機(jī)的另一顯著優(yōu)勢(shì)，像在平拋運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中，利用平拋豎落儀進(jìn)行演示，由于過(guò)程非?？?，球又小，學(xué)生看不到兩個(gè)小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有何聯(lián)系，只能憑兩球落地的撞擊聲，判斷兩球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大致相等，很難完成教學(xué)要求.如果在這個(gè)基礎(chǔ)上，在利用微機(jī)進(jìn)行輔助模擬演示，放慢小球的運(yùn)動(dòng)速度，學(xué)生就很容易觀察到兩球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的聯(lián)系.這樣，將真實(shí)實(shí)驗(yàn)和微機(jī)模擬有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，會(huì)收到事半功倍的教學(xué)效果.