采用“数字仿真实验”变革高中物理学习模式的探索

采用“数字仿真实验”变革高中物理学习模式的探索摘要：随着新课改的不断深入，许多新的教学手段和方法被大胆采用和在教学中进行尝试，为现代高中教学带来了勃勃生机。

仿真实验作为一种有效的教学实验手段在许多大学的物理教学中已经得到了广泛地采用。

但这种有效的教学手段在高中并没有得到重视和应用。

本文试图通过我们在校本研究为基础的条件下展开的尝试，来说明采用“虚拟实验室”进行教学的方法和优势。

关键词：仿真试验室，高中物理教学The Exploration of the "Digital Simulation Experiment" Change the Senior High School Physics Study ModeAbstract with the deepening of the new curriculum reform, many new teaching means and methods to be used in teaching and bold try for the modern teaching high school, bring great vitality. The simulation experiment as a kind of effective teaching experiment means in many university physics teaching has been widely adopted. But the effective teaching means in high school and have been ignored and application. This paper attempts to us in a school-based research based on the condition that the attempt to "virtual laboratory teaching method and the advantage on.Keywords Simulation Lab, Senior High School Physics Teaching建构主义“认知工具”理论认为，学习是以思维为中介的，为了更直接地影响学习进程，应减少一直以来对传递技术的过分关注，而更多地关心在完成不同任务中如何要求学习者思维的技术。

认知工具理论就是在这种基础上应运而生的。

认知工具是支持、指导、扩展学习者思维过程的心理或计算装置。

前者存在于学习者的认知、元认知策略；后者则是外部的，包括基于计算机的装置和环境；它们都是知识建构的助成工具。

随着计算机在教学领域中的普及，计算机辅助教学日益得到了重视。

其中又以“仿真物理实验室”为代表的虚拟实验以其无可比拟的优势为物理教学带来了新的变革。

以多媒体教学技术和网络技术为核心的现代信息技术成为最理想、最实用的认知工具。

课程整合中，强调信息技术服务于具体的任务，学生以一种自然的方式对待信息技术，把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具，并且对这种工具的使用要像铅笔、橡皮那样顺手、自然。

要培养学生学会把信息技术作为获取信息、探索问题、协作讨论、解决问题和知识构建的认知工具，将信息技术作为演示工具、交流工具、个别辅导工具、情境探究和发现学习工具、信息加工与1楼志刚：1973.2，男，浙江省慈溪市人，中教一级，硕士学位知识构建工具、协作工具、研发工具、情感激励工具等。

我们在过去的教学实践中更多地考虑如何将信息技术与教学过程结合起来，改变传统的“教”的方式，这对于推动新课改，提高物理教学方法和手段起到了极大的促进作用。

但我们也往往忽略了学生“学”的过程是否也需要这种改变；我们往往重视在课堂上如何实现这种转变，往往忽略了课后，如何能使学生保持探究的热情和养成物理素养。

正是基于这种出发点，我们尝试在以往的将信息技术有机地融入到物理教学过程中的基础上，将仿真实验直接用于学生学习过程中，支持物理的教与学，实现有效的整合。

把提高学生的学科素养作为整合的主要目标之一，在整合中让学生的信息素养及其它能力自然得到提升作为探索的目标。

创造一种符合现有国情的将虚拟实验和数字化实验室有机结合的现代物理教育创新之路。

1．仿真实验的优势现代教学理念认为，教学活动应当以课堂为主体，但课堂不是教学过程的全部而是教学活动的开始。

对于物理教学也是这样，真正有效的教学活动能把教学过程一直延伸到课后，使学生在动手动脑的过程中产生对学习探究物理课程的兴趣。

因此，我们应当有计划引导学生在课后有意识的对教学内容作进一步的思考和讨论的习惯。

一种行之有效的手段就是给学生们提供一个可以利用的环境，并且这个环境应具有便捷、易用、有趣味性等特点仿真实验为我们提供了一个开放性的教学实践平台，从某种意义上说，借助学科性多媒体辅助教学网站的建设，数字化学习资源库、智能化模拟演示库、互动交流协作学习网络的形成，已经擦去了课内课外的分界线。

所以，学生的学习过程已不再是单纯的以掌握知识为目的，而是在学习的过程中得到科学的素养，掌握科学的方法。

教师可以通过任务发布的形式完成对物理问题的提出，利用任务驱动机制，给学生布置一些经过一定努力可以完成的任务，让学生自己设计场景、通过虚拟实验得出数据、分析结论、讨论结果。

真正激发学生内在的学习兴趣，使他们能够享受到学习物理学科兴趣，提高物理学科的素养。

学生也不再仅仅局限于课堂进行学习，可以通过网络在学校和家庭利用仿真实验的手段对问题进行讨论和探究，这种探究的方式是多样的，可以进行学生间的协作交流，也可进行师生间的理论探讨。

在这个过程中，学生的主体地位得到充分肯定，他可以尽其所能对问题进行探究，学生的学习时间也不再仅仅局限于课堂，可以有充裕的时间进行思考。

这种学习方式改变了以往作业只是单纯的做习题的简单模式，又摒弃了传统实验需要设备多，在家庭环境中无法实现的矛盾，有利于帮助学生形成物理场景，物理学科有很多的物理场景，同时又包含了各种物理定律和数学的推导。

物理学又是以探索为学习手段的，如果学生能通过软件来探索和研究物理，那么这对于学生的能力和思维的培养的益处不言而喻。

2．采用虚拟实验变革学生学习方式的具体措施随着信息化技术的发展，现在已经有了许多现成可用的专业化软件。

值得一提的是采用专业软件实现课件的制作的便捷性和科学性。

并且随着教学方式的发展，现在已经有相对多地专业教育教学平台。

我们不需要从头设计一个课件，只需要在专业平台上搭建我们所需要的内容，就可以很容易的形成一个我们所需要的课件。

（当然实现这个过程的前提条件是学校应当有计划的对学生进行培训使其能够熟练的应用这些软件。

）比如在《仿真物理实验室》中有一些物理学中常用到的对象例如：木块、平板、小球、电场、磁场、斜面、弹簧等等。

做一个课件时，先在大脑中构想出这个物理模型是什么样的，然后用这些对象搭建出大脑中的模型并给这些对象以适当的物理参数就可以了。

软件会自动计算出物理过程。

整个过程简单明了。

老师和学生不用花太多的时间和精力，就可以把想法实现，能得到一个相当专业的课件。

经过实验班和普通班的对比实验，我们发现这种教学手段有利于激发学生的学习兴趣，在不同层次的学生身上都有较好的表现，所表现出来的热情和讨论结果的丰富性明显优于传统在学校实验室的学生实验。

利用软件不仅可以仿真真实的实验还能完成一些理想实验和学生自创的实验。

比如我曾经给学生出的家庭作业时让学生自编一道关于动量守恒的习题，动量守恒的相关内容在高中的物理教学中是重点也是难点。

有一个典型的物理模型：一个平板，质量M1,初速度V1；平板上放有一个木块，质量M2，初速度V2；木块与平板间的摩擦系数为μ。

用《仿真物理实验室》很容易建议起这个物理模型，只需要花几分钟的时间。

首先从“创建模板”中创建平板，然后再创建一个木块放在平板上。

（在软件最下面的状态栏中有实时的提示信息。

）再设置它们的物理属性：大小、质量、初速度等。

最后在实验环境设置中，选中“考虑重力作用”就可以了。

这样就可以运行这个课件了。

改变物理参数，运动的过程也随之发生变化。

上课时，演示这个课件既可以让学生看到物理过程，又可以用数据对这个物理过程进行分析。

然后让学生来动手搭建类似的物理模型，使学生在轻松娱乐的过程中自主的学习物理。

我们学校就做过一节这样的物理课，学生利用这个软件自己搭建模型并研究其中的规律，最后用数学方法建立起这个规律的方程——M1V1+M2V2 =（M1+M2）V同即动量守恒方程。

教师在课上是组织者和引导者，学生真正成为了学习的主体。

采用虚拟实验的强大互动性，大大的降低了学习的枯燥。

从实验结果看学生的认知能力和解决问题的能力都有明显的提高，我们认为这是最主要的。

将有利于学生以后的发展。

另外，对同一个课题，学生往往可以设计出不同的解决方案，并且得出相应的结论。

整个这个过程极大的调动的学生求知欲和探索精神，也符合现代学生强烈的表现欲和独立性的心理特征，对于学习兴趣的培养和科学素养的提高都具有积极的意义。

3．采用新的实验方法需要解决的问题和解决的方法传统的多媒体教学方式局限在将动画课件整合到一起，仍然以教师讲授学生听授学习为主的授课方式。

学生在学习过程中缺乏交流和实践；采用虚拟实验技术可以增强可学习过程的互动性，但是现在这些课程往往只作为一种演示，并没有真正意义上用于实际教学活动中，究其原因，很大程度上在于学生缺乏相应的信息素养的前提下开展相关课程，往往学习效果不佳，有的教师反映在教学活动中，教学过程往往很难控制，由于学生不熟悉学习环境，对于教师安排的任务无法完成，比如像仿真实验室这一类软件虽然操作简单，可能对于设计好的实验，让学生观看学生能够完成，如果让学生设计个类似的实验，由于他们对软件比较陌生就不太容易实现了。

所以我们通过课题研究，试图探索出如何在课程整合中为学生构建一个自主学习和探究性学习的环境，如何在课程整合中提高学生的信息素养、创新能力、自主学习能力、探究性学习能力、以及协作精神和合作意识。

任何实验方案必须具有可操作性，缺乏可操作性的整合方案注定是无源之水，无本之木。

所以，高中物理课程与信息技术整合的方案必须与实际教学联系起来，可供操作是提出整合方案的前提。

通过实践我们发现解决这种问题的方法和途径也很简单：对学生进行适当的培训是他们在短期内有针对性地提高相应的信息技术能力，高中学生开设有信息技术课程，所以他们对于一般简单的计算机操作都有一定的基础。

所以，对于特定的软件，只需要经过短期的培训就可以使他们学会基本的运用。

以后在实际操作的过程中，通过课后对于难度逐层递进的任务的完成过程中，逐渐加深对软件的理解和精通。