虚拟实验在高中物理教学中的应用

虚拟实验在高中物理教学中的应用摘要：随着计算机技术和现代教育技术的迅速发展,虚拟实验技术的应用越来越广泛，并取得了一定的实践效果，不仅改善了高中物理实验教学的质量，还在一定程度上锻炼和培养了学生的物理能力，提升了学生的物理学科素养。因此，本文从虚拟实验室的产生背景入手，列举虚拟实验室的优点，结合虚拟实验室教学案例，分析虚拟实验室在高中物理教学中的应用方式。关键词：虚拟实验；高中物理实验；学生兴趣;所谓虚拟实验就是借助多媒体或者仿真软件给学生们提供传统实验模拟环境，模拟实验能够辅助或全部代替传统的实验操作，带给学生较为真实的实验体验，获得更加有效的实验效果。比如物理常用的虚拟实验软件有Nobook、Matlab、Geogebra,还有中央电化教育馆虚拟实验教学服务系统。虚拟实验在什么样的背景下产生的呢，让我们来一起看一下。一、高中物理实验的教学现状分析(一)高中物理实验教学的重要性物理是一门以实验为基础的应用性学科。实验课程是高中物理学习最好的辅助，有助于学生对物理知识更好的理解。不仅在高考中占有一定分值，而且还能锻炼学生的实践能力、创新精神、合作能力等等。（二）高中物理实验教学中存在的问题不可否认，传统实验室有它不可取代的优点。首先，在传统物理实验室中做实验，能提高学生感性认知。学生能够亲身接触到实物，通过视觉，听觉，触觉等来认识客观事物，印象更加深刻透彻。其次，能够提高学生的操作能力。学生在进行物理实验过程中，会遇到各种各样的实验误差。就会思考误差的原因，培养解决问题能力。但是在实际教学中往往发挥不出传统实验室的优点，分析其原因，有以下几点：1.成本高。无论是初期的实验室建设，还是后期的设备维护，都需要大量的人力、物力、财力。而且学生在实验室的学习过程中，不熟练仪器的规范操作流程，极容易造成器材的损耗。2.危险性高。部分实验就很危险，没有办法让学生在实验室做，而且万一学生之间开玩笑打斗，在实验室就更危险了。3.部分实验现象不易观察、较抽象。很多物理实验现象太短，不易观察，比如研究自由落体实验时，在真空中，羽毛和石子是否同时落地，不易观察；再比如磁场中，洛伦兹力演示仪中，磁感线比较抽象等等。4.分组实验，学生参与度低。仪器有限，时间有限，一般是分组教学，这样无法实现学生亲自操作整个实验过程。而且个别组纪律性差，后等生面对实验的“不知所措”。相比而言，虚拟实验的优点便突显而来。二、虚拟实验的优点1.安全。不用担心学生会因做实验带来危险，比如学生吸入水银、打碎镜子、触电等等，学生可以大胆的进行实验操作，安心的观察现象，同时老师也不必为这些实验事故而操心。2.经济，效率高。不受时间地点材料的限制，学生在家通过电脑、平板也可以完成，效率高，不用花时间、金钱准备材料，随意改变参数，比如电源电动势，电阻阻值等等，除此之外，没有材料的损耗，比如在做实验练习使用多用电表测电压、电流的实验中，万一超量程，会有故障提醒，这样学生没有损耗器材的担忧，做起实验来也更加大胆，有利于培养学生的创新精神。如图1,即为用中央电化教育馆虚拟实验教学服务系统演示练习使用多用电表的实验。3.参与度高，培养学生对物理实验的兴趣。现代家庭电脑、平板都很普及，学生回到家都可以参与进来，这样极大的激发了学生兴趣，老师也可以把实验视频发给学生，让学生以最佳的视角更加清楚的看到实验操作过程，规范学生操作，提高学生实验水平。4.可观测性高、实验误差小、故障率低。对于实验结果不太明显的，可以通过放大或慢放，看清实验细节，便于学生观测到实验现象。再比如对真空的要求，现实实验室的条件下不容易满足，但在仿真实验室中就可以模拟出这种效果，得出的数据就相对准确。再比如在电路连接中，不会出现连接不紧，断路故障。5.抽象、宏观、微观概念可视化。对于比较抽象的概念，比如电场、磁感、光线等，可以在虚拟软件中以三维立体呈现出来，化抽象为具体，帮助学生理解记忆知识点。如带电粒子在电场磁场中的运动问题，虚拟物理实验室可以模拟带电粒子的整个运动轨迹，帮助学生构建动态模型，从而解决问题，如图2，用geogebra演示磁发散磁聚焦现象，相较于传统实验室更显得生动有趣。大到宏观天体运动，小到微观电荷移动，都可以在虚拟实验室中进行模拟。三、仿真物理实验室教学运动实例(一)演示光的偏折可以选择水、玻璃等等媒介，观察光的偏折，这样现象明显，还省去了准备材料的时间。如图3光的偏折。（二）探究加速度与力质量的实验首先设置参数，粗糙程度、小车质量、钩码质量、直接输入即可，图像形式可选a-F图像还是a-1/M图像，平衡摩擦力也只需点调平即可，节约了尝试平衡摩擦力的时间，其次点击释放，系统将自动打点生成纸带，并且自动将数据填在表格中，多次实验后，可点击图像，系统自动生成图像，即可得出结论。这样不仅让学生体会了实验操作流程，而且大大节省了时间，方便快捷。如图4探究加速度与力质量的实验四、结语虚拟实验已经包含运动学、光学、热学等诸多模块，使用方便，具有较为深远的应用前景，但也存在