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仿真實驗助力高中物理實驗教學(xué)

2020-06-07 09:43張麗
關(guān)鍵詞:仿真實驗物理實驗教學(xué)高中

【摘 要】物理實驗是高中物理教學(xué)的主要環(huán)節(jié),主要用于培養(yǎng)學(xué)生的物理知識實際應(yīng)用能力,發(fā)展高中生的學(xué)科素養(yǎng)。現(xiàn)實教學(xué)中,現(xiàn)代高中物理實驗教學(xué)雖然具有一定的實踐性,但由于實驗教學(xué)內(nèi)容脫離實際,且教師沒有詳細展示理論知識的應(yīng)用方式,學(xué)生在實驗中仍存在概念模糊的問題,理論知識的應(yīng)用能力提升緩慢。為改善這一現(xiàn)狀,一些教師提倡使用仿真實驗的方式來輔助實驗教學(xué)。本文對此展開研究,闡述仿真實驗的基本概念與特征,論述高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀問題,并結(jié)合仿真實驗提出改善策略。

【關(guān)鍵詞】仿真實驗;高中;物理實驗教學(xué)

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1671-8437(2020)34-0113-02

高中物理實驗是教師在學(xué)生具備一定理論知識后開展的一項實踐教學(xué)工作,要求學(xué)生將以往所學(xué)的知識應(yīng)用于實驗,解決實驗中的問題,達到相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo),提高物理知識實踐應(yīng)用能力。直接開展物理實驗教學(xué)雖然能讓學(xué)生能力提高,但并不能保障學(xué)生能力提高的效率、達標(biāo)的幅度,這說明直接開展實驗教學(xué)有一定缺陷,需進行改善。

1? ?仿真實驗基本概念與特征

1.1? 概念

仿真實驗并不是現(xiàn)實意義上的實驗,而是利用計算機技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)在信息環(huán)境中構(gòu)建實驗環(huán)境、實驗配置等,其中所有內(nèi)容在數(shù)據(jù)上都與現(xiàn)實環(huán)境中的相關(guān)事物相同,相當(dāng)于對現(xiàn)實事物進行真實模仿。因此人們直接通過仿真實驗可以對現(xiàn)實事物的發(fā)展情況有比較深入的了解,并能規(guī)避現(xiàn)實實驗中一些影響實驗正常進行的不良因素[1]。如研究互成角度的二力合成時,在仿真實驗環(huán)節(jié),依照標(biāo)準實驗流程讓仿真模擬事物在現(xiàn)實事物的角度、力學(xué)參數(shù)條件下進行合成。實驗者依照合成邏輯能在仿真實驗中發(fā)現(xiàn)一些可能出現(xiàn)的問題,并思考解決問題的方案,這樣實驗者就能在現(xiàn)實實驗時有所準備,進而提高實驗的成功率和數(shù)據(jù)的科學(xué)性。

1.2? 特征

仿真實驗具有真實性、邏輯性、可調(diào)整性三大特征,具體如下。

1.2.1? 真實性

仿真實驗的意義就體現(xiàn)在對現(xiàn)實事物的高度真實模仿。仿真實驗的真實性特征體現(xiàn)在兩個方面:①數(shù)量與結(jié)構(gòu),仿真實驗中的事物與現(xiàn)實實驗中的事物在數(shù)量與結(jié)構(gòu)上必須完全一致,這樣才能構(gòu)建完整的實驗基礎(chǔ);②功能與數(shù)據(jù),仿真實驗中的事物與現(xiàn)實實驗中的事物在功能與數(shù)據(jù)上也必須完全一致,這樣才能在仿真環(huán)境中模擬實驗過程。

1.2.2? 邏輯性

仿真實驗具有邏輯性特征,即仿真實驗的整個流程邏輯與現(xiàn)實實驗的整個流程邏輯完全一致。仿真實驗中可人為揉進一些特殊邏輯,如想要展示實驗中經(jīng)常發(fā)生的錯誤,就可以根據(jù)錯誤邏輯來開展仿真實驗。

1.2.3? 可調(diào)整性

仿真實驗的真實性特征及邏輯性特征就是其可調(diào)整性特征的最好佐證,即在真實性特征下,人之所以能設(shè)置仿真環(huán)境,并將環(huán)境內(nèi)的事物數(shù)量、結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)設(shè)置得與現(xiàn)實事物一樣,就得益于可調(diào)整性特征,這也是仿真實驗形成的基礎(chǔ)。同時在邏輯性特征下,實驗者要想展示不同的邏輯,就要對相關(guān)數(shù)據(jù)進行調(diào)整,這也是可調(diào)整性特征的體現(xiàn)。

2? ?高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀問題

2.1? 缺乏過渡環(huán)節(jié)

當(dāng)前很多高中物理實驗教學(xué)都是在理論教學(xué)完成后直接開展,其中并沒有過渡環(huán)節(jié),這使學(xué)生在思想還沒有轉(zhuǎn)變過來的情況下就突然進入實驗狀態(tài),致使學(xué)生在實驗中不知所措,面臨較大的學(xué)習(xí)困境。學(xué)習(xí)是一個循序漸進的過程,只要某個階段的學(xué)習(xí)落后教學(xué)進度,就可能出現(xiàn)長期的困擾,這種現(xiàn)象在高中物理實驗教學(xué)中比較常見[2]。如新進入高中的學(xué)生在剛剛接觸高中實驗課時,對實驗項目、實驗要求還沒有清晰的認知,但教學(xué)依舊按部就班開展,所以在實驗教學(xué)開展半個月后,常出現(xiàn)部分學(xué)生跟不上教學(xué)進度的現(xiàn)象,這說明學(xué)生遇到了較大的學(xué)習(xí)困難,學(xué)習(xí)質(zhì)量大打折扣。所以高中物理實驗教學(xué)需要進行改善,應(yīng)加入過渡環(huán)節(jié)。

2.2? 學(xué)生表現(xiàn)被動

高中物理實驗教學(xué)作為一項富有實踐性的項目,學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)有較強的主動性,會自主思考問題、找尋解決問題的方法,這樣才能提升教學(xué)質(zhì)量。但事實上,因為缺少過渡環(huán)節(jié),多數(shù)學(xué)生在實驗教學(xué)中較為被動,如果教師不講解,學(xué)生就不會自主開展實驗。而在實驗教學(xué)開展前,教師一般都以單一的理論教學(xué)為主,學(xué)生被動接受知識即可,這種被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣會被帶入實驗教學(xué),使學(xué)生陷入想主動但不知從何入手的狀態(tài)。這種狀態(tài)下,學(xué)生的想法很難通過實驗得到實現(xiàn),學(xué)習(xí)主動性會慢慢被消磨,加速被動習(xí)慣的形成。

2.3? 實驗趨向理論

雖然高中物理實驗教學(xué)需要學(xué)生自己動手完成,但學(xué)生的整個操作過程必須符合標(biāo)準。這種現(xiàn)象就使得富有實踐性的實驗教學(xué)趨向于理論教學(xué)。很多高中物理實驗教學(xué)設(shè)計中,學(xué)生所采用的事物類型、角度、結(jié)構(gòu)與教材范例相同,實驗結(jié)果也完全一致,整個教學(xué)沒有體現(xiàn)出實踐操作的動態(tài)性變化,反而趨向于理論標(biāo)準。如此設(shè)計的高中物理實驗教學(xué)的實踐性并不強,反而向理論教學(xué)靠攏,使實驗教學(xué)本末倒置,無法保障教學(xué)質(zhì)量。

3? ?仿真實驗下高中物理實驗教學(xué)的改善策略

根據(jù)高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀問題可知,該項教學(xué)的質(zhì)量并沒有得到保證。而這些問題均可借助仿真實驗來進行改善,下文將提出仿真實驗下高中物理實驗教學(xué)的改善策略。

3.1? 活用信息技術(shù),增設(shè)過渡環(huán)節(jié)

根據(jù)對“缺乏過渡環(huán)節(jié)”問題的分析可知,高中物理實驗教學(xué)中的過渡環(huán)節(jié)非常重要,因此需要在教學(xué)中增設(shè)這一環(huán)節(jié)??紤]到教學(xué)課時的限制,不能讓教師將部分課時專門用于仿真實驗教學(xué),否則可能會影響理論、實驗教學(xué)的質(zhì)量。針對過渡環(huán)節(jié)的課時問題,建議教師采用信息技術(shù)構(gòu)建線上教學(xué)環(huán)境,在課外開展過渡環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生利用碎片時間,實現(xiàn)理論向?qū)嵺`的思想過渡和轉(zhuǎn)化,教師也可在課外對學(xué)生進行教導(dǎo),幫助學(xué)生完成思想上的過渡。如教師在實驗教學(xué)中使用離線教學(xué)(信息教學(xué)技術(shù)的一種形式)增設(shè)過渡環(huán)節(jié),教師在課堂教學(xué)以外結(jié)合理論知識設(shè)計仿真實驗范例,并將范例以視頻形式上傳到信息平臺,學(xué)生能隨時隨地下載視頻進行學(xué)習(xí),通過觀看仿真實驗范例,了解如何在實驗中使用理論知識,如此循環(huán)即可實現(xiàn)思想轉(zhuǎn)化,利于學(xué)生在現(xiàn)實實驗中發(fā)揮能力。

3.2? 幫助學(xué)生掌握仿真實驗操作方法,引導(dǎo)學(xué)生主動實驗

為讓學(xué)生在高中物理實驗中展現(xiàn)出較強的主動性,教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為主體、教師作為引導(dǎo)者的模式進行。如在牛頓第二定律的教學(xué)中,某學(xué)生在理論環(huán)節(jié)產(chǎn)生“是否可以將牛頓第二定律應(yīng)用于高空墜物危險性的實驗中?”的問題,這時可引導(dǎo)學(xué)生自主使用仿真實驗進行驗證,通過實驗可知高空墜物在什么樣的加速度條件下會對人造成傷害、造成什么樣的傷害,使學(xué)生有條件將想法付諸實踐,這體現(xiàn)了仿真實驗在物理實驗教學(xué)中的助力作用。同時教師在理論教學(xué)中應(yīng)注重引導(dǎo),結(jié)合理論知識或?qū)嶒烅椖肯驅(qū)W生提出問題,激發(fā)學(xué)生的主動性,讓學(xué)生轉(zhuǎn)換思維,再通過仿真軟件進行實驗測試,檢驗想法的可行性,這有利于高中物理實驗教學(xué)質(zhì)量的提升。

3.3? 以仿真實驗為導(dǎo)向,鼓勵學(xué)生實踐自身想法

為避免高中物理實驗教學(xué)趨向于理論化,教師要在教學(xué)中讓學(xué)生對實驗項目進行思考,根據(jù)實驗方法的功能、目的,在現(xiàn)實環(huán)境中選擇實驗材料、目標(biāo)等,隨后幫助學(xué)生對實驗材料進行測量,將測量成果導(dǎo)入仿真軟件,讓學(xué)生通過仿真實驗自主檢測所選事物是否可以用于實驗,構(gòu)建一個獨特的實驗流程。在這個過程中,教師不應(yīng)太過干涉,應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生實踐自身想法,也可以對學(xué)生提出一些問題,讓學(xué)生有方向地進行實踐。

綜上所述,通過分析仿真實驗的概念與特征,可知仿真實驗是可以融入高中物理實驗教學(xué)的。本文隨后對高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀問題進行了闡述,說明該教學(xué)工作現(xiàn)狀表現(xiàn)不佳,存在改善的必要,而利用仿真實驗對現(xiàn)狀問題進行改善,能起到提高高中物理實驗教學(xué)質(zhì)量的作用。

【參考文獻】

[1]白凡.仿真實驗輔助高中物理實驗教學(xué)實踐[J].中國教育技術(shù)裝備,2018(1).

[2]施正華.仿真實驗在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].成才之路,2019(14).

【作者簡介】

張麗(1975~),女,本科,中學(xué)高級教師。研究方向:高中物理教育。

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