1、实验教学专栏仿真物理实验室在高中物理疑难问题教学中的应用边昕(甘肃省临夏州和政中学 7 3 1 2 0 0)【摘要】仿真物理实验室是NO BOOK虚拟实验室系列辅助教学软件之一.在高中物理疑难问题教学中应用仿真物理实验室,有利于学生理解疑难问题原理并掌握疑难问题解决方法.本文对高中物理疑难问题分布与疑难问题教学现状进行分析,基于仿真物理实验室的应用研究高中物理疑难问题教学策略,指出教师可以通过完善规划、创新教法、作出鼓励指导学生应用仿真物理实验室解决疑难问题.【关键词】仿真物理实验室;高中物理;实验教学高中物理疑难问题是高中物理理论问题、实践问题的综合体现.学生只有具备扎实的物理理论基础与丰富
2、的实验学习经验,才能够更为全面地分析疑难问题,从而解答疑难问题.但是,受时间因素、空间因素及其他现实因素制约,教师无法在高中物理课堂教学中组织学生进行实验,导致学生对部分物理疑难知识、复杂实验一知半解,继而影响了学生解决高中物理疑难问题能力的发展.仿真物理实验室打破了现实因素对物理实验教学的制约,满足学生设计实验、参与实验等学习需求,有利于提高学生的物理认知水平与物理探究能力,从而夯实学生解答高中物理疑难问题的能力基础.为此,高中物理教师有必要研究仿真物理实验室在高中物理疑难问题教学中的应用策略,为提高教学效果提供研究支持.1 完整规划,培养“仿真物理实验室”逻辑学习思维仿真物理实验室软件自带
3、文档说明,且内部自带应用实例,满足学生自主观看、自主实验的学习要求.但这并不意味着教师可以完全“放手”,让学生自行进行虚拟仿真实验.实际教学中,教师应当先分析疑难问题的教学要点,明确解题要点后关联相应物理实验,并基于仿真物理实验室的应用规划实验问题提出、实验方案设计、实验操作等实验环节,确保学生完整经历物理实验过程,积累更多物理分析、物理探究等经验,从根本上提高学生分析、解决物理疑难问题的思维水平.例如 以人教版高一物理必修第一册“匀变速直线运动的研究”一章教学为例,有难题如下:物体A,B同时从同一地点沿同一方向运动,A以1 0 m/s的速度匀速前进,B以2 m/s2的加速度从静止开始做匀加速
4、直线运动,求A,B再次相遇前两物体间的最大距离.针对这一难题进行分析,发现:这一问题的疑难之处在于过于抽象,且涉及瞬时性问题.基于此,教师可以关联相应的物理实验,并设计应用仿真物理实验室的计划:打开仿真物理实验室建构实验情境,指导学生建构仿真实验的基本模型;组织学生基于问题合理设计仿真物理实验室的参数,并做好初始值的调试;组织学生使用仿真物理实验室的输出程序,将抽象的问题以直观图像的形式输出;组织学生观察实验结果并讨论,结合实验呈现的内容构建物理模型,得到答案:A,B再次相遇前两物体的最大距离是2 5 m.上述案例,教师基于具体难题规划仿真物理实验室应用方案,为学生应用该软件将抽象难题转化为直
5、观难题提供学习指导,使学生在按照指导方案解决疑难问题的过程中形成逻辑性的学习思维.2 创新方法,提高“仿真物理实验室”难题教学质量仿真物理实验室的应用讲究方式方法.如果教师仍然采用传统的理论推演讲授法为学生讲解相关内容,无疑会打消学生对疑难问题的学习积极性.在应用仿真物理实验室为学生讲解疑难问题,培养学生解题能力时,教师要尽可能多地将启发性的、探究性的教学方法应用到教学过程当中.通过演绎、探962 0 2 3年1 1月下实验教学专栏 数理天地 高中版究、练习等教学方式为学生提供更多的物理探究机会,确保学生在应用仿真物理实验室时明确物理解题原理,形成物理疑难问题解题经验.2.1 应用“仿真物理实
6、验室”演绎问题,加深直观认识仿真技术是仿真物理实验室的关键技术,可以用于构建直观、可视的虚拟实验环境,满足学习者完成实验操作、观察实验现象、分析实验结果的学习需求.对于部分学生而言,高中物理疑难问题抽象性过强,不利于其理解.为此,教师可以将演绎教学法应用到疑难问题教学过程中,应用仿真物理实验室为学生演绎疑难问题中涉及的物理实验,通过直观呈现实验操作过程、实验现象,加深学生对相关内容的直观认识,使学生基于直观的、生动的虚拟实验场景解决物理疑难问题.例如 以人教版高一物理必修第二册“抛体运动”一课的疑难问题教学为例,有疑难问题:飞机距离地面高度5 0 0 m,水平飞行速度v1=1 0 0 m/s,
7、追击前面一辆速度为v2=2 0 m/s同向行驶的汽车.欲使飞机抛下的重物落在汽车上,飞机应在距离汽车水平距离多远处抛下物体(g取1 0 m/s2)?该问题的疑难之处在于抛体运动轨迹方程的建立.部分学生对抛体运动的合成、分解等知识理解程度不够,难以在规定的时间内有效分析问题中飞机飞行高度、飞机与汽车速度等物理量,并抽象抛体方程.为此,教师可以使用演绎教学法,使用仿真物理实验室为学生建构飞机抛物运动的仿真实验.此实验中,教师可以反复调整参数,并组织学生对比不同参数下实验情况的区别,使学生在直观观察过程中明确做抛体运动物体的一般运动轨迹.同时,教师可以在演绎过程中应用抛体运动的相关理论解释、解决问题
8、.此问题为典型的抛体运动问题,其下落时间取决于竖直高度.由H=12g t2得:t=2Hg=25 0 01 0s=1 0 s.假设距汽车水平距离为s处飞机抛掷物体,则有s=(v1-v2)t=(1 0 0-2 0)m/s1 0 s=8 0 0 m.上述案例,教师采取演绎教学手段应用仿真物理实验室为学生直观演绎疑难问题,使学生在直接观察、分析的过程中明确问题解决原理,从而加深学生对问题答案的直观认识.2.2 利用“仿真物理实验室”互动推演,发展科学思维培养高中学生的科学思维,可以使其学会从物理学视角出发探究问题的本质属性与内在规律,使学生掌握解决疑难问题的技巧.培养学生的科学思维,要为学生营造宽松的
9、学习氛围,同时给予学生更多猜想、推理的学习机会.教师在应用仿真物理实验室针对疑难问题进行教学时,可以应用探究教学法围绕具体问题与学生互动推演,在“教师提问学生解答”“学生质疑教师释疑”的过程中逐步加深学生对物理实验原理、物理实验内容、疑难问题原理的认识,提高其疑难问题解决水平.例如 以人教版高一物理必修第二册“圆周运动”一课的疑难问题教学为例,有难题如下:高速公路拐弯处,路面外高内低.在某路段车向左转弯,司机左侧路面比右侧路面低一些.车的运动可看做半径为R的圆周运动,内外路面高度差为h,路基水平宽度为d,已知重力加速度为g,要使车轮与路面之间的径向摩擦力等于零,汽车转弯时的车速应为多少?围绕此
10、难题,教师可以提问:该问题是什么类型的问题?我们可以利用仿真物理实验室组织什么样的实验?通过提问驱动学生深度思考,使其主动尝试设计虚拟实验项目.这时,学生可能也产生疑问,如:汽车恰好不向外滑动和恰好不向内滑动的临界条件是什么?给出的长度有什么用?学生提出问题后,教师可结合问题特征及圆周运动的相关原理为学生解疑释难,组织学生使用仿真物理实验室构建圆周运动模型,组织学生根据实验模型观察圆周运动的特点及车的运动轨迹,明确重力、向心力等概念.在此基础上,教师再与学生讨论:根据这一实验现象,你有怎样的思路解决这一问题?由此问题驱动学生构建车、路的受力模型图,联系数学知识得到t a n=hd,根据牛顿第二
11、定律m gt a n=m v2R,联立方程解答问题,得到汽车转弯时的车速v=g R hd.07 数理天地 高中版实验教学专栏2 0 2 3年1 1月下在学生应用仿真物理实验室进行虚拟实验,解答物理问题后,教师还可以组织总结活动,让学生以小组为单位合作总结利用仿真物理实验室解答圆周运动难题的方法与技巧,进一步强化学生对物理实验原理、物理实验方法以及疑难问题解题思路的记忆,提升学生的综合能力.上述案例,教师先围绕疑难问题与学生进行互动,激活学生的实验思维;再围绕学生解题结果组织学生总结,强化学生的建构意识,使学生在讨论中发现解题方法,总结解题经验,提升解题能力.3 作出鼓励,升华“仿真物理实验室”
12、难题学习情感适当给予学生鼓励、嘉奖,可以增加学生的物理疑难问题学习成就感,使其主动尝试多种方法克服疑难问题学习困难.应用仿真物理实验室进行物理疑难问题教学工作时,教师应当时刻关注学生的学习过程,并根据学生的学习基本情况对学生在仿真实验学习过程中的行为表现做出鼓励评价,让学生体会到教师的肯定与关心,从而为其树立解决疑难问题的信心.接着,教师再在鼓励评价中渗透疑难问题的解答思路,让学生基于鼓励语言进行仿真实验并探索疑难问题原理,使其成功解决疑难问题,同时升华学生坚持不懈、勇于探索的疑难问题学习情感.例如 以高二物理选择性必修第一册“多普勒效应”一课的疑难问题教学为例,有难题如下:一机车汽笛频率为6
13、 5 0 H z,机车以v0=1 5 m/s的速度向观察者驶来,设空气中的声速是v=3 4 0 m/s,观察者听到的声音频率为多少?教师可以围绕此难题组织学生应用仿真物理实验室模拟问题现象,并在学生实验时给予恰当鼓励.比如,教师可以表扬学生反复调试初始值的做法,养成其良好的虚拟实验习惯.教师可以表扬学生调整参数改变实验状态的做法,养成学生控制变量观测实验的学习习惯等.在此期间,教师用鼓励的语言表扬学生,指导学生利用虚拟实验观测完整波形的个数发生的变化,从而感受到频率变化,久而久之培养学生应用仿真物理实验室解决此类难题的信心.这样,学生能够在教师的鼓励下分析实验现象,建构实验模型,推理问题结果:
14、观察者听到的声音频率为f=vv-v0.f=3 4 03 4 0-1 56 5 0=6 8 0(H z),推理问题结论:观察者听到的声音频率变大,音调变高.上述案例,教师在学生应用仿真物理实验室分析、解决物理疑难问题的过程中及时给予积极评价,使学生在积极评价下树立攻克难题的信心,从而顺利解决疑难问题并养成应用仿真物理实验室分析疑难问题的良好学习习惯.4 结语综上所述,高中物理疑难问题在力学、热学、电学、光学中均有分布.解决不同类型疑难问题所依据的物理理论知识并不完全相同,但解决此类型问题所需要的物理综合能力大体相同.应用仿真物理实验室时,教师应抓住疑难问题的教学本质,注重在仿真实验教学中发展学生
15、的物理观念、科学思维、科学探究能力,培养学生的科学态度,使其具备攻克物理疑难问题的核心素养.为此,教师应当做好仿真物理实验室的应用设计工作,并积极将演绎教学法、探究教学法等教学方法以及鼓励评价语言用于仿真物理实验教学当中,确保学生在主动参与教学活动时理解物理原理,掌握物理关键知识,形成解决疑难问题的良好能力.【本文是甘肃省教育科学“十四五”规划的一般课题,课题名称:教育信息化背景下数字仿真实验在高 中 物 理 教 学 中 的 实 践 与 研 究,课 题 编号G S【2 0 2 2】G H B 0 8 1 7】参考文献:1刘洋.解题有法 游刃有余 微元法在高中物理解题中的妙用J.理科爱好者,2 0 2 2(0 6):3 3-3 5.2 康乐.高中物理教学中的疑难问题研究 以电磁学为例J.数理化解题研究,2 0 2 2(3 3):7 1-7 3.3吴超男,沈志雄.高中物理若干务必说清道明的疑难问题J.数理化学习(高中版),2 0 2 2(0 6):5 0-5 3.4 卢鹏.高中物理教学中的疑难问题研究 以电磁学为例J.中学物理教学参考,2 0 2 2,5 1(1 2):3 4-3 6.5刘玲.探究式教学在高中物理教学中的应用分析J.中学课程辅导,2 0 2 2(1 4):1 0 8-1 1 0.172 0 2 3年1 1月下实验教学专栏 数理天地 高中版
