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

摘要：物理是一門重視實驗教學(xué)的學(xué)科，但在現(xiàn)實教學(xué)中，外界主客觀因素會影響實驗效果，而虛擬實驗平臺在很大程度上解決了這一問題。系統(tǒng)介紹了NOBOOK虛擬實驗平臺在初中物理實驗教學(xué)中發(fā)揮的優(yōu)勢，并通過探究凸透鏡成像規(guī)律實驗案例，對其在初中物理實驗中的應(yīng)用做詳細介紹。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗；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行動計劃》中指出要持續(xù)推動信息技術(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)教育物理課程標準(2011年版)》中也指出義務(wù)教育物理課程是一門重視實驗的自然基礎(chǔ)課程[2]，明確了實驗教學(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)用在物理實驗中，虛擬仿真實驗平臺可以排除外界因素影響，讓學(xué)生可根據(jù)需求自主進行實驗，一定程度上更能培養(yǎng)學(xué)生的實驗創(chuàng)新精神。目前國內(nèi)的虛擬仿真實驗平臺大致分為兩類，一類應(yīng)用于高等教育教學(xué)，這類平臺大多數(shù)由各高校、研究院自主研發(fā)，如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的幾何光學(xué)實驗室、北京交通大學(xué)的RECEL平臺、國家虛擬仿真實驗平臺—實驗空間等。另一類應(yīng)用于基礎(chǔ)教育教學(xué)，這一類的虛擬仿真實驗平臺相對較少，主要由企業(yè)投入研發(fā)，如虛擬仿真實驗室、NOBOOK物理虛擬實驗平臺(簡稱NOBOOK平臺)等。

二、NOBOOK平臺簡介

NOBOOK平臺是一款虛擬實驗應(yīng)用軟件，主要用于基礎(chǔ)教育各學(xué)段的實驗教學(xué)互動，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。本文主要針對物理部分進行應(yīng)用闡述。NOBOOK平臺基本包含了物理課程標準要求的所有初高中物理實驗，具有多個版本教材的不同實驗，支持手機、計算機、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驗，學(xué)生還可自主創(chuàng)新，利用NOBOOK平臺內(nèi)的海量實驗儀器模板和實驗器件庫自由創(chuàng)建、組裝實驗，并通過豐富的實驗講解視頻，更好地理解實驗內(nèi)容。

三、虛擬仿真實驗的優(yōu)勢

1.生動形象激發(fā)學(xué)習(xí)興趣基于NOBOOK平臺的物理實驗生動形象，畫面、聲音效果逼真，例如水沸騰時會發(fā)出聲音提醒學(xué)生、碘升華時會在畫面中呈現(xiàn)紫色煙霧。在現(xiàn)實實驗中無法觀測到的一些實驗現(xiàn)象，如電流、磁感線，甚至是分子、原子等均可在虛擬仿真實驗中得到展現(xiàn)，模擬真實的實驗場景，因而具有強大的交互性，可以激發(fā)學(xué)生對實驗的學(xué)習(xí)興趣。2.開發(fā)思維培養(yǎng)創(chuàng)新能力NOBOOK平臺只需一臺智能終端即可操作，簡單快捷，方便學(xué)生重復(fù)進行實驗，且擁有海量實驗器材、八大實驗?zāi)K輔助教學(xué)，學(xué)生可根據(jù)需求設(shè)計實驗，起到鍛煉學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維的作用[4]。3.加速實驗提高學(xué)習(xí)效率在NOBOOK平臺進行實驗操作所需的時間遠小于現(xiàn)實常規(guī)實驗，既能減少實驗反應(yīng)時間，又能免去前期實驗準備，節(jié)約材料成本。學(xué)生既可以應(yīng)用NOBOOK平臺進行預(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.保證安全彌補現(xiàn)實教學(xué)條件的不足在教學(xué)實際中，一些實驗危險性較高，實驗中可能用到高熱儀器、藥品可能帶有較強毒性或腐蝕性，如海波融化與凝固實驗、碘的升華與凝華實驗等，不適合學(xué)生操作。此外，一些條件要求高或極易受環(huán)境因素影響的實驗也使學(xué)生難以觀察到現(xiàn)象，但這些都可以借助NOBOOK平臺得到改善，虛擬仿真技術(shù)既可以保證實驗安全，也可以突破現(xiàn)實中各種客觀條件的限制，讓學(xué)生直觀有效地得出實驗結(jié)果。

四、探究凸透鏡成像規(guī)律實驗案例分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析探究凸透鏡成像規(guī)律實驗是初中物理中的一個重要實驗，在教材中與前后章節(jié)知識相連，起到承上啟下的作用。教材由部分生活實例引入，請學(xué)生觀察照相機、投影儀等物品的特點及規(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)生在進行本課學(xué)習(xí)前，對光的折射、光的反射相關(guān)知識進行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)，對凸透鏡和凹透鏡的作用有所了解，能區(qū)分實像與虛像，對生活中常見的透鏡，如望遠鏡、放大鏡、近視鏡、遠視鏡等有了一些感性認識。但對于凸透鏡的應(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關(guān)聯(lián)起來，了解它們都應(yīng)用了哪些原理，從而實現(xiàn)理論聯(lián)系生活。3.教學(xué)目標第一，通過本節(jié)實驗課的學(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。第二，通過利用虛擬仿真實驗進行學(xué)習(xí)，體驗到科學(xué)探究過程，了解實驗基本研究方法。第三，了解實驗探究活動在認知過程中的重要性，將物理知識聯(lián)系生活實際，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)律實驗是探究性實驗，為了提高學(xué)生課上的學(xué)習(xí)效率，請學(xué)生利用課余時間，應(yīng)用NOBOOK平臺，通過相關(guān)實驗視頻，結(jié)合教材進行自主預(yù)習(xí)。在預(yù)習(xí)過程中，可以依據(jù)NOBOOK平臺提供的實驗器材對該實驗進行預(yù)操作，熟悉實驗?zāi)康?、原理、器材及實驗步驟等內(nèi)容。相關(guān)實驗界面見圖1。圖1NOBOOK平臺實驗界面(2)實驗教學(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實驗講解教師結(jié)合NOBOOK平臺介紹凸透鏡成像實驗用具，講解實驗注意事項，在實驗操作中系統(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，如何記錄實驗數(shù)據(jù)等問題。③實驗操作學(xué)生根據(jù)教師講解的實驗內(nèi)容，以小組為單位進行實驗操作，教師提醒學(xué)生：已知凸透鏡對光的折射程度與它的焦距有關(guān)，移動蠟燭時，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，得到不同實驗結(jié)果。學(xué)生保持凸透鏡位置不變，移動光屏與蠟燭的位置，使物距、像距改變，得到實驗現(xiàn)象：此時蠟燭呈倒立縮小的實像，記錄物距、像距的大小，重復(fù)實驗，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、倒立放大的實像及正立放大的虛像，記錄實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生進行實驗操作后，借助NOBOOK平臺改變凸透鏡的焦距，重復(fù)進行實驗，記錄數(shù)據(jù)。NOBOOK平臺在實驗器材使用次數(shù)上沒有限制，學(xué)生可針對同一內(nèi)容重復(fù)實驗，以加深對實驗的理解，切實鍛煉實踐動手能力[5]。④規(guī)律總結(jié)分析實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，以小組為單位總結(jié)并進行匯總，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，呈倒立縮小的實像。當(dāng)u=2f時，v=2f，呈倒立等大的實像。當(dāng)f>u>2f時，v>2f，呈倒立放大的實像。當(dāng)u<f時，呈正立放大的虛像。當(dāng)u=f時，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，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，與放大鏡原理相同；物距大于兩倍焦距時，與老式照相機原理相同等，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平臺進行復(fù)習(xí)鞏固，根據(jù)實驗器材資源自主設(shè)計實驗，探索其他可能性。⑥設(shè)計意圖學(xué)生通過NOBOOK平臺的實驗視頻自主進行實驗預(yù)習(xí)，可以提前熟悉實驗流程，為后續(xù)動手操作奠定基礎(chǔ)，規(guī)避實際操作中可能出現(xiàn)的錯誤，有效減少實驗器材損壞，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考及創(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)生的認知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究興趣；分組進行實驗，可以更好地發(fā)揮學(xué)生的主體作用；讓學(xué)生重復(fù)進行實驗可以減小誤差，使實驗結(jié)果更具說服力，還能培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度、良好的實驗操作習(xí)慣，提高學(xué)生的動手能力。課堂最后，引導(dǎo)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。有時間還可以鼓勵學(xué)生重新進行實驗，在驗證結(jié)論的同時進一步熟悉實驗操作、加深對實驗的理解。引導(dǎo)學(xué)生思考實驗規(guī)律在生活中的應(yīng)用，使學(xué)生將物理與實際生活相聯(lián)系，落實物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

五、結(jié)語

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

參考文獻

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[5]陳志梅.基于NOBOOK的高中物理探究性實驗教學(xué)活動設(shè)計與實踐研究[D].蘭州:西北師范大學(xué),2019.

作者：王革 齊海燕