麻迎良

隨著電子白板等多媒體設(shè)備在教學(xué)中的普及，仿真實驗在高中物理教學(xué)中的作用越來越突顯出來.它不受時空限制，具有靈活性、可控性強、現(xiàn)象明顯、可反復(fù)實驗等優(yōu)點，與傳統(tǒng)的實驗相結(jié)合，可優(yōu)化實驗教學(xué).

物理教學(xué)離不開實驗，而一提起實驗，人們自然聯(lián)想到的是教師的演示實驗和學(xué)生的分組實驗.這些實驗是以實際器材為依托、以一定的實驗環(huán)境或?qū)嶒瀮x器為保障的實驗；是最傳統(tǒng)、有效的實驗；是能讓學(xué)生建立客觀物理模型、培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實驗素養(yǎng)的實驗.

事物總具有兩面性.傳統(tǒng)的物理實驗有不足之處：一是受經(jīng)濟條件的約束大.一些經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)，很難裝備數(shù)量齊全、有檔次的教學(xué)器材.二是比較耗時耗精力.教材中要求必做的實驗，一般教師都會安排做.但是課堂上隨時要用到的實驗，教師沒有精力就不會都去做.三是有些傳統(tǒng)實驗演示的可視性差，后面的學(xué)生很難清晰地觀察到實驗觀察.四是有時需要分析一個物理過程中的某個暫態(tài)，而傳統(tǒng)實驗不能實現(xiàn)這一功能.五是傳統(tǒng)實驗不能重現(xiàn)日常無法實現(xiàn)或觀察不到的某些物理過程或物理變化.

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，出現(xiàn)了一些動畫設(shè)計軟件，彌補了上述實驗的不足.在課堂上應(yīng)用課件進行教學(xué)，既提高了課堂教學(xué)效率、增加了授課容量，又減輕了教師的負(fù)擔(dān).很多課件可直接從網(wǎng)上下載，保存后可重復(fù)使用.但這類動畫模擬課件不是十全十美的：一是FLASH等軟件的技術(shù)含量比較高，要想設(shè)計出有個性且逼真的動畫，需要有編程能力.二是這類課件的功能主要是動畫演示，很少有交互功能，只能說是模擬演示，不具有仿真實驗的功能.三是這類課件一般作為教師的演示之用，學(xué)生不能親自獨立體會.

近年來出現(xiàn)的仿真實驗軟件，完全擁有實驗功能，其特點有：一是交互性特別強，完全實現(xiàn)了由人控制實驗條件和實驗過程，隨時輸出任意所需的實驗數(shù)據(jù)和圖象.二是非常靈活，通過設(shè)置參數(shù)可以仿真任意實驗情境，包括理想和非理想.三是特別適合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教室中的教學(xué)，可讓每個學(xué)生通過平板電腦實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí).當(dāng)然，有些學(xué)校沒有裝備數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教室，可以在微機室利用仿真實驗軟件進行上課.

從2010年起，筆者嘗試使用仿真實驗進行高中物理教學(xué).下面談?wù)劰P者的一些做法和體會.

第一，所有的教學(xué)手段必須有機結(jié)合，取長補短，不能走極端.傳統(tǒng)實驗手段絕對不能忽視，在此基礎(chǔ)上發(fā)揮課件和仿真軟件的優(yōu)點.

第二，用仿真實驗優(yōu)化習(xí)題教學(xué).一些習(xí)題中的物理過程的分析是個難點，有些根本無法用傳統(tǒng)實驗展現(xiàn).例如，帶電粒子在電磁場中的運動問題，如果用仿真實驗軟件設(shè)置好符合題目所述的參數(shù)，就能立即得到正確的運動情景，還可以在任意位置暫停，在此基礎(chǔ)上再進行理論分析，學(xué)生就容易理解.又如，在恒定電流的學(xué)習(xí)中，復(fù)雜電路的簡化一直是學(xué)生不容易掌握的內(nèi)容.在電學(xué)仿真實驗軟件中，教師可以先按題目所示的電路設(shè)置好復(fù)雜電路，然后用鼠標(biāo)直接拖動各元件到標(biāo)準(zhǔn)的位置，其動態(tài)的變化過程，讓學(xué)生容易理解簡化的方法.

第三，用仿真實驗軟件對傳統(tǒng)實驗進行拓展.例如，在做電學(xué)實驗時，滑動變阻器的兩種接法（分壓式和限流式）的選擇是難點，學(xué)生無法理解為什么當(dāng)R外>>R滑時采用分壓式，而當(dāng)R外與R滑接近時采用限流式.如果教師一味地講滿足這些條件時，便于調(diào)節(jié).怎樣才算是便于調(diào)節(jié)，學(xué)生理解不了，而實際實驗中不可能給學(xué)生提供非常多的不同阻值的滑動變阻器和外電阻.同時，反復(fù)實驗對比耗時很多.如果用仿真電學(xué)實驗軟件來探究，就比較方便直觀.在滑動變阻器和外電阻R上右單擊，分別設(shè)置兩者阻值成不同情況，再雙擊開關(guān)使其閉合，拖動滑動端觀察兩個表指針的轉(zhuǎn)動情況，學(xué)生就容易理解什么是便于調(diào)節(jié).再連成分壓式，重新探究.

第四，仿真實驗軟件的操作簡單.雖然也有其腳本，但是不會涉及復(fù)雜編程，比使用FLASH要容易得多.

當(dāng)然，仿真實驗軟件也不完美.如果要設(shè)計個性化的、有針對性的仿真實驗，也可自己重新設(shè)計，但前提是自己要有很高的編程能力.筆者在一開始接觸到仿真實驗時，當(dāng)時還沒有現(xiàn)成的軟件可供下載，自己就用VB編了一個單擺的仿真實驗，用這個軟件在講課時供學(xué)生探究單擺的周期與擺長和重力加速度的關(guān)系，從而得出單擺的周期公式.學(xué)生實驗時手動控制開始計時和停止計時，由軟件自動啟示錄時間，并自動把測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中繪出T與L和g的關(guān)系圖象，還能自動監(jiān)測實驗時小球的擺角，如過大時及時提醒.在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，筆者用這款軟件進行教學(xué)，實際效果非常好.