靳秀善

物理是一门实验性学科，许多物理现象、物理定律等都是通过实验发现。但在实际教学中，物理实验很难全面开展，教学质量和效率受到很大影响。为此，仿真实验方法被提出，此方法与传统的实物实验有明显区别，学生需要在以信息技术为依托的仿真实验软件创设的模拟实验情境中探究知识，观察实验现象，理解物理定律。此方法不受外界环境因素和教学设备不足等多方面的影响，可以更直观地帮助学生观察学习，进而培养学生的物理思维与创新精神，使学生的学习能力在仿真实验辅助下进一步提高。所以，高中物理教师应重视探究仿真实验辅助高中物理实验的实践策略。

一、仿真实验辅助高中物理实验教学的实践意义

人才培养工作中不可缺少的重要组成部分就是实验教学，这关系着培养人才的实践能力以及创新能力。在传统的物理实验教学中，受到各种条件的影响，学生只能在限定的时间、地点利用限定的实验设备完成实验内容，极大地制约了学生的动手能力以及工程创新能力。另外，传统的物理实验室建设也是一笔不小的投入，需要花费大量的人力、物力以及财力。

因此，在传统的实验教学模式下，教学效果往往受到质疑。针对这种情况，教师应当改革传统实验教学模式，探索适应当前社会发展的新型教学方法。

仿真实验的具体原理是利用计算机技术开发出最具有真实感的实验，可以在电脑上模拟操作。学生通过自主操作仿真实验，可以掌握物理知识原理，验证物理定律，更有效地学习和记忆物理公式、定理等，从而提升高中物理学习成绩。仿真实验辅助高中物理实验教学的实践意义极大，具体表现在以下方面。

其一，仿真实验可以保障物理实验顺利开展，保障实验数量。高中物理实验教学中有非常多的需要学生实验验证后才能理解的知识内容，但现有的物理实验设备不足，或者并不具备实验开设条件，导致许多物理实验无法操作，学生无法通过实验教学掌握物理知识。但通过仿真实验，可以解决所有影响实验教学正常开展的问题，确保学生可以接触并实践验证更多数量的物理实验。

其二，仿真实验可以保障物理实验的可视性，保证实验质量。物理实验教学中，许多物理定律的形成过程很短，无法保障实验效果，导致物理实验教学的有效性受到影响。但在仿真实验中，学生可以将实验过程放大、放慢观察，时间允许的情况下，学生还可以重复观察实验过程，增强实验体验，实验质量由此得到很大保障。

其三，仿真实验可以保障实验信息的及时反馈，从而保障实验效果。仿真实验是依托于信息技术进行的，需要在计算机仿真软件上操作，这意味着学生可以依据自己的理解进行实验，并通过仿真实验反馈出的结果逆推实验步骤，找出过程中出现的错误，进而重新实验、反复练习，明确实验关键环节，掌握物理知识。

其四，仿真实验可以保障物理实验安全，避免学生发生危险。物理实验教学中，力学、光学和电学知识有大量的实验操作，其中许多实验具有一定的危险性，会对学生的身体造成伤害。但通过仿真实验，学生可以避免实验本身的危险性，或者因自身操作不当等发生危险。而且仿真实验可以将一些看不见、摸不到的实验现象进行模拟展示，呈现在学生眼前，有利于帮助学生更深入地学习和理解物理现象。

其五，仿真实验可以满足学生的主动探究需要，发展学生的物理思维。在传统的物理实验教学中，学生进行物理实验会受到多方限制，无法更好地发展物理思维，但在仿真实验中，学生可以通过计算机，智能手机等工具随时进行仿真实验，可以进行课前预习、课后复习，按照自己的想法主动探索，进而对物理实验产生操作兴趣，发展物理思维。

二、仿真實验辅助高中物理实验教学的实践策略

（一）明确教学目标，掌握方向

在高中物理实验教学中，教师通常需要先向学生说明教学目标，再带领学生分析实验原理，然后进行实验操作，得出实验结论，总结经验。比如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》教学中，教师要向学生说明教学目标：一是明确验证动量守恒定律的基本思路；二是会根据实验器材和实验目的设计实验方案；三是知道实验数据的处理方法。

同理，在仿真实验教学中，教师同样需要向学生说明教学目标，但会增加一些新的内容，如学生需要非常熟悉仿真实验软件的操作界面，知道每一个实验对象的属性如何设置；需要先理解动量守恒定律的具体含义，并思考实验对象的属性该如何设置等。教师要明白，要想使仿真实验充分发挥辅助教学作用，必须激发学生通过仿真实验验证物理定律的兴趣，使学生在不断地分析、总结、归纳以及解决问题过程中发现物理定律，顺利培养学生的科学素养。当学生充分明确《动量守恒定律》的仿真实验教学目标后，教师才能更好地掌握实验教学开展方向，通过仿真实验完成教学重难点知识的教学任务，指导学生学会通过仿真实验验证理论知识，并应用动量守恒定律知识解决实际生活中的问题。

（二）确定教学方式，做好铺垫

在高中物理实验教学中，仿真实验的应用价值和优势是非常显著的，对学生而言，仿真实验新颖有趣，便于观察实验过程，完成知识的实践探索；对教师而言，仿真实验安全有效，可以确保每一名学生都能参与并动手实践操作，理解并掌握物理学科各种知识。可见，仿真实验无论是对学生还是对教师都是利大于弊、优大于劣的。为此，教师在明确仿真实验教学目标后，要确定教学方式，为仿真实验教学做好铺垫，好的教学方式更利于激发学生的探究潜能，使学生自主参与到仿真实验中，无需教师的督促和刻意引导，学生即可在实验中获得想要的答案。

比如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》教学中，教师需要明确实验教学目标，然后依据班级学生的实际学情，结合实验教学内容，选择适合的教学方式。“自主探究+发现总结”教学方式具有极高的应用价值，与仿真实验流程相符，利于激发学生的探究潜能。《动量守恒定律》的实验方法很多，在开展仿真实验教学前，教师要引导学生自主探究，思考应该怎样设计实验，使两个碰撞的物体组成的系统所受外力的矢量和近似为0？当学生理清实验思路后，要思考第二个问题：要想通过仿真实验验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？明白以上问题后，学生利用仿真实验软件进行实验操作，将会发现动量守恒定律是什么，从而得出正确的实验结论。同时，通过仿真实验操作，学生观察过程将变得更清晰，学生的物理思维也将得到更好发展，在现实生活中，学生会懂得如何运用动量守恒定律解决实际问题。

（三）创设教学情境，提出问题

在高中物理实验教学中，教师必须重视教学情境的创设，以情境调动学生的实验情绪，以问题激发学生的思考能动性，在仿真实验教学中同样如此。学生面对计算机中的仿真实验软件界面，经常有种无从下手，不知如何进行实验操作的感觉，一节课仅有40分钟，教师必须尽快引导学生进入实验状态，让学生在独立实验操作中自主探索、总结经验，得出有效的实验结论。而这些教学目标顺利达成的前提就是创设教学情境，提出实验问题。

例如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》实验教学中，教师可以设计这样的情境：将两枚生鸡蛋分别放在具有相同高度的物体上，第一个物体的下面是水泥地面，第二个物体的下面是沙子路面，将两枚鸡蛋同时向下扔，为什么第一个实验后鸡蛋碎了，而第二个实验后鸡蛋不容易碎？教师还可以结合学生的生活经验设计情境：游乐场有非常多的游戏项目，其中碰碰车项目参与人数很多，为什么所有的碰碰车外部边缘都有厚厚的胶皮？这些胶皮是单纯地起到保护车辆安全的作用吗？当两辆相对行驶的碰碰车相撞后，会发生什么情况？其中的动量有哪些变化？在教师提出问题后，学生的注意力將集中到问题上，进而找到实验对象，设置实验属性，进行仿真实验。

（四）设计实验假设，呈现任务

在高中仿真物理实验教学中，要想指导学生有效地进行实验设计，教师必须设计实验假设，为学生呈现实验任务，探索实验真谛。但实验假设的设计与提出，必须是在学生明确实验原理的基础上进行的，若学生没有掌握实验原理，即使可以很熟练地操作仿真实验软件，也无法获得正确而有效的实验结论。

例如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》教学中，教师要指导学生先翻阅教材，找出实验原理，并对相关知识进行进一步学习。首先，教师要引导学生测出参与测试的两个物体的质量m1和m2，以及碰撞前后两个物体各自的速度v1和v2、v?1和v?2，算出碰撞前的动量P，给出公式p=m1v1+m2v2；其次，算出碰撞后的动量p?，给出公式p?=m1v?1+m2v?2；最后，对比p和P?，验证动量是否守恒。在上述实验原理的指导下，学生利用仿真实验软件中的设置功能，设计两个小球，小球质量相同，应用运动原理，将其中的一个小球向着另外一个小球撞击，通过数据监测，得出两个小球的速度，再进行动量计算，可以得出碰撞前后的动量值，对比后发现能量守恒。在仿真实验教学中，教师要给予学生充足的实验操作时间，让学生可以对同一个实验进行反复验证。在《动量守恒定律》仿真实验中，教师可以给予学生20分钟的自主实验时间，学生改变小球的质量、速度等实验参数，一次次记录动量变化，验证动量守恒定律。

（五）教师启发引导，探索真知

高中仿真物理实验教学中，虽然教师要重视给予学生充足的独立实验时间，让学生通过自主探究与发现总结，提高物理实验能力，但每堂课20分钟的独立自主时间还是非常有限的，教师不能让学生将实验时间浪费在不必要的试错上，因此，教师必须重视在实验教学中给予学生针对性的启发引导，使学生朝着正确的方向探索真知，得出有效的实验结论。

例如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》实验教学中，教师可以这样启发学生：第一，打开仿真实验软件操作界面，从实验对象中选择两个完全相同的小球，并打开设置按钮，依据实验原理要求设置小球参数，如质量、速度、坐标等；第二，设置具体的实验环境，将实验中小球运动轨道的摩擦因数设置为0，将运动轨道长度设置为20米；第三，将设置好实验参数的两个小球分别放在运动轨道的两端，接着设置运行速度，让小球以不同的速度碰撞，观察小球的运动特点，并记录碰撞初始运动速度；第四，改变本次实验所有参数，进行相同的实验操作，记录两个小球的碰撞初始运动速度，至少在进行三次实验后，对比总结实验结果，得出实验结论。此外，为了进一步强化学生的实验能力，使学生的物理实验思维在碰撞中再度激发，教师还应在学生完成自主探究实验后，组织学生进行小组合作实验，每三人一组，每组重新设置实验参数，记录实验结果，并将小组合作后形成的实验结果与自己独立实验得出的结果进行比对分析，进一步探究动量守恒定律，构建更全面系统的知识体系。

（六）完善教学评价，总结经验

任何教学活动的开展都必须有与之相配合使用的教学评价，以找出教学中存在的不足，为下一次教学活动的开展提供有效的参考经验。在高中仿真实验教学活动开展后，教师同样要带领学生进行实验教学评价，教师进行教学反思评价，发现教学中的不足，学生参与教学评价，对自己在实验中的表现进行自我评价和学生互评，发现自己的实验认知、实验准备以及实验收获是否符合教学要求，进而不断积累实验经验，争取在下一次的仿真实验中更高效地利用时间，发展物理实验思维，提升物理实验能力。

例如，在高中物理选择性必修一《动量守恒定律》实验教学中，教师在教学评价中发现，相较于解决问题，学生在实验中发现问题更有教学意义，通过问题的发现，有利于学生对所学知识质疑，进而带着疑问进行探究，在寻找答案的过程中增长知识，对物理知识、定理、公式等有更深入和系统的学习。学生在评价中发现，自己通过动手操作验证动量守恒定律，对实验原理有了更深刻的认知，在现实生活中也会更好地应用物理知识解决问题，对物理学科产生了浓厚的学习兴趣，学习动机更清晰。

三、结语

综上所述，仿真实验辅助高中物理实验教学的实践意义极大：一是可以保障物理实验顺利开展，保证实验数量；二是可以保障物理实验的可视性，保证质量；三是可以保障实验信息的及时反馈，保障效果；四是可以保障物理实验安全，避免危险；五是可以满足学生主动探究需要，发展思维。因此，教师必须重视研究可行的实践策略，充分发挥仿真实验的作用与优势，从而培养学生的物理核心素养。