導(dǎo)語：初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：物理是一門重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科，但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，外界主客觀因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在很大程度上解決了這一問題。系統(tǒng)介紹了NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)，并通過探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)案例，對(duì)其在初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用做詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；NOBOOK；凸透鏡成像；初中物理

一、研究背景

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中指出要持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合，全面提升師生信息素養(yǎng)，為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)工具和豐富的教育環(huán)境[1]。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》中也指出義務(wù)教育物理課程是一門重視實(shí)驗(yàn)的自然基礎(chǔ)課程[2]，明確了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的虛擬仿真技術(shù)被應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以排除外界因素影響，讓學(xué)生可根據(jù)需求自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一定程度上更能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新精神。目前國(guó)內(nèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)大致分為兩類，一類應(yīng)用于高等教育教學(xué)，這類平臺(tái)大多數(shù)由各高校、研究院自主研發(fā)，如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、北京交通大學(xué)的RECEL平臺(tái)、國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)—實(shí)驗(yàn)空間等。另一類應(yīng)用于基礎(chǔ)教育教學(xué)，這一類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相對(duì)較少，主要由企業(yè)投入研發(fā)，如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、NOBOOK物理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(簡(jiǎn)稱NOBOOK平臺(tái))等。

二、NOBOOK平臺(tái)簡(jiǎn)介

NOBOOK平臺(tái)是一款虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用軟件，主要用于基礎(chǔ)教育各學(xué)段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)，主體內(nèi)容共包括物理、生物、化學(xué)以及小學(xué)科學(xué)四部分。本文主要針對(duì)物理部分進(jìn)行應(yīng)用闡述。NOBOOK平臺(tái)基本包含了物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求的所有初高中物理實(shí)驗(yàn)，具有多個(gè)版本教材的不同實(shí)驗(yàn)，支持手機(jī)、計(jì)算機(jī)、平板電腦等多終端的數(shù)據(jù)共享[3]。除了教材要求的固定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還可自主創(chuàng)新，利用NOBOOK平臺(tái)內(nèi)的海量實(shí)驗(yàn)儀器模板和實(shí)驗(yàn)器件庫(kù)自由創(chuàng)建、組裝實(shí)驗(yàn)，并通過豐富的實(shí)驗(yàn)講解視頻，更好地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

1.生動(dòng)形象激發(fā)學(xué)習(xí)興趣基于NOBOOK平臺(tái)的物理實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象，畫面、聲音效果逼真，例如水沸騰時(shí)會(huì)發(fā)出聲音提醒學(xué)生、碘升華時(shí)會(huì)在畫面中呈現(xiàn)紫色煙霧。在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中無法觀測(cè)到的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如電流、磁感線，甚至是分子、原子等均可在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中得到展現(xiàn)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，因而具有強(qiáng)大的交互性，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣。2.開發(fā)思維培養(yǎng)創(chuàng)新能力NOBOOK平臺(tái)只需一臺(tái)智能終端即可操作，簡(jiǎn)單快捷，方便學(xué)生重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且擁有海量實(shí)驗(yàn)器材、八大實(shí)驗(yàn)?zāi)K輔助教學(xué)，學(xué)生可根據(jù)需求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，起到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維的作用[4]。3.加速實(shí)驗(yàn)提高學(xué)習(xí)效率在NOBOOK平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作所需的時(shí)間遠(yuǎn)小于現(xiàn)實(shí)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，既能減少實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間，又能免去前期實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，節(jié)約材料成本。學(xué)生既可以應(yīng)用NOBOOK平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)，也可開展課后復(fù)習(xí)，這使得學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間變得更靈活，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。4.保證安全彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)教學(xué)條件的不足在教學(xué)實(shí)際中，一些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較高，實(shí)驗(yàn)中可能用到高熱儀器、藥品可能帶有較強(qiáng)毒性或腐蝕性，如海波融化與凝固實(shí)驗(yàn)、碘的升華與凝華實(shí)驗(yàn)等，不適合學(xué)生操作。此外，一些條件要求高或極易受環(huán)境因素影響的實(shí)驗(yàn)也使學(xué)生難以觀察到現(xiàn)象，但這些都可以借助NOBOOK平臺(tái)得到改善，虛擬仿真技術(shù)既可以保證實(shí)驗(yàn)安全，也可以突破現(xiàn)實(shí)中各種客觀條件的限制，讓學(xué)生直觀有效地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

四、探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)案例分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)是初中物理中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，在教材中與前后章節(jié)知識(shí)相連，起到承上啟下的作用。教材由部分生活實(shí)例引入，請(qǐng)學(xué)生觀察照相機(jī)、投影儀等物品的特點(diǎn)及規(guī)律，并思考：凸透鏡成像與哪些因素有關(guān)？成像的性質(zhì)與物距有何關(guān)系？通過提問，激發(fā)學(xué)生的興趣，引起學(xué)生的探究欲望。2.學(xué)情分析學(xué)生在進(jìn)行本課學(xué)習(xí)前，對(duì)光的折射、光的反射相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)，對(duì)凸透鏡和凹透鏡的作用有所了解，能區(qū)分實(shí)像與虛像，對(duì)生活中常見的透鏡，如望遠(yuǎn)鏡、放大鏡、近視鏡、遠(yuǎn)視鏡等有了一些感性認(rèn)識(shí)。但對(duì)于凸透鏡的應(yīng)用沒有系統(tǒng)了解，不知道凸透鏡成像具有哪些規(guī)律。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)探究，要使學(xué)生系統(tǒng)了解凸透鏡成像的規(guī)律。為此，可以將生活中應(yīng)用到凸透鏡成像規(guī)律的物品與物理知識(shí)關(guān)聯(lián)起來，了解它們都應(yīng)用了哪些原理，從而實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系生活。3.教學(xué)目標(biāo)第一，通過本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，了解凸透鏡成像與哪些因素有關(guān)、有什么規(guī)律，掌握本節(jié)課的學(xué)科知識(shí)。第二，通過利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，體驗(yàn)到科學(xué)探究過程，了解實(shí)驗(yàn)基本研究方法。第三，了解實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)在認(rèn)知過程中的重要性，將物理知識(shí)聯(lián)系生活實(shí)際，激發(fā)學(xué)生探索物理的興趣。4.教學(xué)應(yīng)用(1)課前預(yù)習(xí)探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn)，為了提高學(xué)生課上的學(xué)習(xí)效率，請(qǐng)學(xué)生利用課余時(shí)間，應(yīng)用NOBOOK平臺(tái)，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，結(jié)合教材進(jìn)行自主預(yù)習(xí)。在預(yù)習(xí)過程中，可以依據(jù)NOBOOK平臺(tái)提供的實(shí)驗(yàn)器材對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)操作，熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⑵鞑募皩?shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容。相關(guān)實(shí)驗(yàn)界面見圖1。圖1NOBOOK平臺(tái)實(shí)驗(yàn)界面(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)①新課引入教師引導(dǎo)學(xué)生使用放大鏡觀察物品，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物品是正立且放大的，教師改變放大鏡與物體間的距離，讓學(xué)生觀察此時(shí)用放大鏡看到的物體發(fā)生了什么變化。學(xué)生發(fā)現(xiàn)通過凸透鏡距離的改變，物體還可以呈現(xiàn)倒立的放大或縮小的像。提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考物體所成的像的性質(zhì)與什么因素有關(guān)。②實(shí)驗(yàn)講解教師結(jié)合NOBOOK平臺(tái)介紹凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)用具，講解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，在實(shí)驗(yàn)操作中系統(tǒng)講解如何使焰心、凸透鏡的光心、光屏的中心三點(diǎn)處于同一水平線，如何調(diào)整焦距與物距的關(guān)系得到不同的像，如何記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等問題。③實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生根據(jù)教師講解的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，教師提醒學(xué)生：已知凸透鏡對(duì)光的折射程度與它的焦距有關(guān)，移動(dòng)蠟燭時(shí)，可以參考物距與焦距呈倍數(shù)關(guān)系，來觀察成像的情況。學(xué)生通過調(diào)整物距，得到不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生保持凸透鏡位置不變，移動(dòng)光屏與蠟燭的位置，使物距、像距改變，得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：此時(shí)蠟燭呈倒立縮小的實(shí)像，記錄物距、像距的大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。再次改變物距、像距，分別得出蠟燭呈倒立等大、倒立放大的實(shí)像及正立放大的虛像，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后，借助NOBOOK平臺(tái)改變凸透鏡的焦距，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。NOBOOK平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)器材使用次數(shù)上沒有限制，學(xué)生可針對(duì)同一內(nèi)容重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，切實(shí)鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力[5]。④規(guī)律總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，以小組為單位總結(jié)并進(jìn)行匯總，得出結(jié)論，物距與焦距關(guān)系共分四種情況，即u<f，f>u>2f，u=2f，u>2f，總結(jié)得出凸透鏡成像的規(guī)律如下：當(dāng)u>2f且f<v<2f時(shí)，呈倒立縮小的實(shí)像。當(dāng)u=2f時(shí)，v=2f，呈倒立等大的實(shí)像。當(dāng)f>u>2f時(shí)，v>2f，呈倒立放大的實(shí)像。當(dāng)u<f時(shí)，呈正立放大的虛像。當(dāng)u=f時(shí)，不成像，成平行光射出。⑤課后拓展引導(dǎo)學(xué)生思考物距與焦距處于不同關(guān)系時(shí)，這一成像規(guī)律在生活中有何應(yīng)用。例如當(dāng)物距小于一倍焦距時(shí)，與放大鏡原理相同；物距大于兩倍焦距時(shí)，與老式照相機(jī)原理相同等，可以尋找生活中此類具有凸透鏡成像規(guī)律的物品，與學(xué)生分享自己的發(fā)現(xiàn)。學(xué)生在課后也可以通過NOBOOK平臺(tái)進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材資源自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索其他可能性。⑥設(shè)計(jì)意圖學(xué)生通過NOBOOK平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)視頻自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，可以提前熟悉實(shí)驗(yàn)流程，為后續(xù)動(dòng)手操作奠定基礎(chǔ)，規(guī)避實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，有效減少實(shí)驗(yàn)器材損壞，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考及創(chuàng)新能力。通過改變物距呈現(xiàn)不同形式的像來引入，可以引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究興趣；分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以更好地發(fā)揮學(xué)生的主體作用；讓學(xué)生重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以減小誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力，還能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度、良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。課堂最后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。有時(shí)間還可以鼓勵(lì)學(xué)生重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證結(jié)論的同時(shí)進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)操作、加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)規(guī)律在生活中的應(yīng)用，使學(xué)生將物理與實(shí)際生活相聯(lián)系，落實(shí)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

五、結(jié)語

應(yīng)用NOBOOK平臺(tái)將探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)作為案例進(jìn)行分析，將信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合，使得兩者相互促進(jìn)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用NOBOOK平臺(tái)輔助開展實(shí)驗(yàn)，規(guī)避了部分實(shí)驗(yàn)的安全性問題，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，輔助實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果，提高了物理實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)效率，既將信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系起來，也為線上物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了參考方案。在內(nèi)容的選擇上，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的范圍其實(shí)還可以擴(kuò)大到各個(gè)學(xué)科中。本文描述了許多虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)體驗(yàn)是不可替代的，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的便利性也是常規(guī)實(shí)驗(yàn)所不具備的，所以應(yīng)讓NOBOOK平臺(tái)輔助初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以發(fā)揮更大的價(jià)值。

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作者：王革 齊海燕