可视化实验在中学物理教学中的应用 论文

可视化实验在中学物理教学中的摘要：可视化技术在中学物理教学中的应用效果十分显著，可以给日常教学带来极大的方便，不仅可以帮助教师改进教学方法，提高教学效率，还减轻了学生的而物理又是一门以实验为基础的学科，因此可视化实验给中学物理教学提供了巨大的帮助。本文结合教材中常见的几个教学案例，将抽象的物理概念和规律通过可视化实验的展现在学生面前，帮助教师创建教学情境，帮助学生构建知识体系。关键词：可视化，中学物理，实验物理是一门以实验为基础的学科，而现在由于教学进度和中高考背景下分数的要求，以至于很多学生喜欢物理，喜欢物理实验，但是并不喜欢上物理课。源于很多老师在上课的时候只是大概的言语讲述物理概念和规律，并没有过多的展开和进行实验去帮助学生理解物理，更多的是追求模拟题的训练、习题的讲解和解题技巧的提升。而信息技术的发展给学科教育带来了巨大的帮助，利用信息技术可以将抽象难懂的物理概念、知识、规律以及思维过程可视化的展现出来，让学生能够直观的感受到生动形可视化技术与实验的结合更是很好地提升学生对于物理课的兴趣，配合多媒体技术可以在不需要大量时间的前提下，更好的帮助学生理解很多抽象的物理概念和规律。一、初中物理可视化1．声音的产生初中物理八年级上册第二章第1节声音的产生和传播中，教材中在介绍声音产生的原因是利用图1（a）的想想做做，拨动张紧的橡皮筋，观察橡皮筋变化，边说话，边用手摸颈前的喉头部分。让学生感受橡皮筋的振动和声带的振动进而得出声音是由物体的振动产生的。但是这种做法很容易让学生产生疑惑。首先皮筋的振动幅度还是过小，视觉效果不够明显，同时皮筋振动时候会拍打桌子，很容易让学生联想到是拍打桌子发出的声音而不是由于本身振动产生的；同时说话的时候用手摸颈前的喉头部分确实会感觉到喉头部分在振动，但是说话不仅喉头部分在动，嘴巴和胸腔也在振动，而大部分学生从生活中经验就一直认为声音是从嘴巴中出来，并且很难直观说明说话是由喉头部分振动引起的，很难让学生直观感受到声音是由于物体振动产生的。将振动的音叉放入水中，这个实验可以先将不振动现水并没有明显的溅射。然后敲响音叉，听见了声音但是无法看到音叉明显的振动，再将振动的音叉放入水中，从水花的溅射可以明显的让学生感受到音叉的振动，利用水花放大了音叉的振动现象。可以对比说明未发声的音叉没有振动，而发声的音叉有明显的振动。水花是可视化实验的重要载体，通过简单的实验将声音是由物体振动产生的可视化的展现出来，同时利用刚才发声的音叉放入水前没有观察到明显的振动说明生活中很多发声体没有观察到振动是因为现象不明显，并不是发声体没有振动。便于学生理解抽象的概念，进而得出声音是由物体振动产生的结论。2．流体压强与流速的关系初中物理八年级下册第九章4节流体压强与流速的关系，教材中利2（a）实验向硬币上方沿着与桌面平行方向吹气，硬币有可能会跳过木块，但是本实验对于吹气的方向和力度都有一定的要求，同时硬币具有一定的质量，导致现象的发生具有一定的概率，并不是每次都能成功，同时吹气只能从硬币上方，而桌面对于硬币本身就有向上的弹力，很难解释是由于上方压强变化的原因导致硬币跳起，而不是因为受到了向上的力有可能得出吹气引起桌面弹力增大的原因，或者吹起引起桌面振动而导致硬币向上运动。采用简单的实验利用向上喷出的水柱，在水柱上放入一个小球，可以发现小球可以停在水柱上方，这与学生平时想象的会从旁边掉下来的结论相反。同时用手沿着水平方向往旁边轻轻拨动小球可以发现，小球不仅不会掉下来而且会自动的回到水柱上方，进而引导学生进行思考，由此可以得出小球受到一个指向水柱的力，而学生又很难直观发现指向水柱力的施力物体。这时可提示学生气体压强产生的作用力，这个力指向水柱。而这个力产生的原因就是由于水柱处液体流速比旁边要大，而在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大，故而在中心处的压强小，四周处的压强大，所以当拨动小球时，旁边的压强大于中间的压强，就会受到指向中心的力进而将小球推回水柱上方。本实验通过小球的运动分析和受力分析，可视化的体现出小球周围压强强进而分析出压强与流体流速的关系。二、高中物理可视化高中物理必修一第三章第5节力的分解，教材中拖拉机拖拉机拉着耙，对耙的力进行按效果分解如图3（a），由于本节的重点是力的正交分解，故而很多教师在上课时对于这种按效果分解并未过多的解释，同时由于教材中的拖拉机拉耙很多学生没有相关生活经历很那直观感受的拉力的两个效果就是如图中F和F两个分力效果，并且由于将拖拉机拉力按照正交分解也是这两个分力，故而很多学生甚至以为这种分解只是力的正交分解分出来的两个分力。很多习题考察都是力的正交分解，并且有的时候按效果分解和按正交分解分出来的两个分力是一模一样的，所以很多优等生对于效果分解也是一知半解。如图3（b）为一个重物挂在C点，分析C点所受重力的效果按照什么方向。如果要求按照正交分解法分解，很多同学就会根据共点力平衡分AC杆的力和重力已经垂直，那么应当分解BC绳的力，分解为水平向左的力和竖直向上的力，进而进行求解各个方向的分力，这本身其实也说明很多同学对于力的平衡和力的分解都没有理解清楚，所以导致无法区分它们之间的差异。很多同学对于此图无法判断出重力的效果就是什么。利用可视化实验可以直观看B点被拽的凸出明一个是沿着BC方向拉B点，A点被压得挤进去则说明另一个是沿着CA方向挤压A点，如图3(c)(d)所示，在看到A点和B点的形变后，可以更好的帮助学生直接观察到物理的形变，进而分析出A点和B点的受力方向，故而在按效果分解C点所受重力时候按照如图3(e)中的F和F进行分解。三、强基计划物理可视物理学第四章6节刚体的进动，只有在刚体定轴转动时外力矩M和角动量L在同一轴线，但是当外力矩M和角动量L不在同一轴线时，如陀螺运动，当陀螺以较大的角速度绕自旋轴转动，就会出现刚体的进动。如图4（a）所示，陀螺受重力和O点的弹力F，由角动量定理可知dL=Mdt=mgrdt，经过时间dt，陀螺自旋轴绕OZ轴逆时针方向进动，同时可以求出进动角速度的值。但是很多学生并无法从教材中的图片直观的理解为何刚体在转动时候会出现进动现象。麻绳系轮胎后，用手使轮胎转动，观察轮胎的进动现象是十分普遍的现象，尤其在宇宙航行中有广泛应用，但是刚体进动需要对刚体转动有充分了解后才能学习，陀螺仪的示意图分析详细但是不利于理解，因为刚体转动本身并不属于中学教学内容，在强基计划中的介绍对于很多优等生来说也不易理解，同时很多学生没见过陀螺仪，则更难理解刚体的进动。麻绳系轮胎只需要让轮胎绕轴转动，就可以明显发现轮胎轴也在绕麻绳进行转动。并且实验仪器易于制作，可视化效果显著，有利于构建情境教学，帮助学生理解刚体的进动。四、结束综上所述，在中学物理日常教学中，可视化实验在我们的教学工作提供极大的帮助在能够保证完成教学任务的基础上，尽可能的保护学生的学习兴趣，获得直接经验，使得物理概念可视化，物理实验可视化，物理规律可视化。提高教学效率，培养学生的物理思维。参考文献[1]人民教育出版社教材研究所.义务教育教科书（物理八年级上册）[M].北京：人民教育