基于“仿真物理實(shí)驗室”下的探究性課堂教學(xué)探討

韋葉平　劉成華

摘要：本文就“仿真物理實(shí)驗室”的使用，結(jié)合“動量守恒”的課堂實(shí)錄，探討了幾個物理實(shí)際問題的教學(xué)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：課堂實(shí)錄；問題探究；教學(xué)評價；高考鏈接；教學(xué)反思

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2009)1(S)-0030-4

“仿真物理實(shí)驗室”是一種集模擬物理過程、即時數(shù)據(jù)分析為一體的優(yōu)秀教學(xué)軟件，它為物理課堂的教與學(xué)提供了豐富而又方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)會，使用者可以根據(jù)需要模擬宏觀或微觀、高速或低速、或化靜為動等平常無法實(shí)現(xiàn)或在現(xiàn)有中學(xué)實(shí)驗條件下無法完成的實(shí)驗。

1 “動量守恒”課堂實(shí)錄

首先通過播放視頻飛船與航天器對接、火車編組時車廂對接的畫面；教室里，穿著溜冰鞋的兩個學(xué)生，不論誰推誰一下，他們都會向相反方向滑開的現(xiàn)象，從而觀察相互作用的兩個物體的動量變化，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識。然后把相互作用的兩個物體抽象成兩個相互作用的小球，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，運(yùn)用“仿真物理實(shí)驗室”軟件探究動量守恒定律。通過任務(wù)驅(qū)動的形式，讓同學(xué)分組協(xié)作學(xué)習(xí)，探究出各種情形下,兩球碰撞的動量變化情況，得出動量守恒定律及其適用條件，最后再通過理論推導(dǎo)得出結(jié)論。

(1)讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，帶著問題去學(xué)習(xí)。

高中學(xué)生都有一定的電腦操作基礎(chǔ)，“仿真物理實(shí)驗室”又非常容易上手，稍微培訓(xùn)一下就能使用“仿真物理實(shí)驗室”這個軟件。而且，在老師的指導(dǎo)下親手設(shè)置實(shí)驗環(huán)境，不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，更能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及在實(shí)際操作中的探究能力，其實(shí)驗步驟如表1所示。

(2)實(shí)驗數(shù)據(jù)的記錄，并觀察數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

高二學(xué)生，基礎(chǔ)知識仍比較薄弱、理解能力還有待提高，如果老師在課堂上直接將動量守恒定律的公式推導(dǎo)給他們，然后就讓他們?nèi)ビ枚勺鲱}目，他們有可能依葫蘆畫瓢能夠把題目做出來,但是要他們說出道理來卻很困難。究其原因是他們對動量守恒定律的理解不透，動量守恒定律是怎么來的不太清楚。這樣的結(jié)果會導(dǎo)致不該用動量守恒定律的地方用了，而該用的地方?jīng)]有用。在這節(jié)課上,教師在檢查學(xué)生設(shè)置的物理環(huán)境正確的前提下，讓學(xué)生仿真實(shí)驗、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律、得出結(jié)論，學(xué)生經(jīng)過親身體驗，不僅記住了結(jié)論，更清楚了結(jié)論是怎么來的，也能控制實(shí)驗條件，應(yīng)用到實(shí)際問題中去。我們應(yīng)徹底糾正“做實(shí)驗不如講實(shí)驗、背實(shí)驗”的錯誤認(rèn)識，從根本上來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗綜合能力。

(3)問題探究

教學(xué)中以“學(xué)”為中心，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師僅作為引導(dǎo)者。但教師可以根據(jù)對學(xué)生、教學(xué)媒體、教學(xué)內(nèi)容等的分析，引導(dǎo)學(xué)生以獨(dú)立思考和協(xié)作的學(xué)習(xí)方式大膽想象、不斷嘗試，努力發(fā)現(xiàn)知識，必要時還可以向教師尋求幫助;教師為學(xué)生的探索提供多種形式的幫助，并且促進(jìn)學(xué)生之間的交流合作。學(xué)生在實(shí)驗探究過程中能夠發(fā)現(xiàn)不理解的或是覺得有趣的問題，往往比解決問題更為重要。 下面，筆者例舉了一些有代表性的探究實(shí)驗，如表3所示。

(4)教學(xué)評價

新課程評價既要發(fā)揮評價的甄別和選拔功能，更要注重發(fā)揮促進(jìn)與激勵功能，使評價過程成為促進(jìn)學(xué)生發(fā)展和提高的過程，使每一位學(xué)生獲得最大的發(fā)展和成功。因此，教師要根據(jù)不同的評價內(nèi)容和對象，去選擇不同的評價方式。例如，建立學(xué)生檔案、項目調(diào)查、活動觀察、實(shí)踐操作、情景測驗等，要將定性評價與定量評價相結(jié)合，切實(shí)提高評價的有效性和準(zhǔn)確性。筆者在本節(jié)課上，注重培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、創(chuàng)新精神、解決問題的能力以及合作精神，努力發(fā)現(xiàn)和發(fā)展學(xué)生多方面的潛能，如表4所示。

2 高考鏈接

例 (2006年江蘇高考題)如圖1，質(zhì)量均為m的A、B兩個彈性小球，用長為2L的不可伸長的輕繩連接?，F(xiàn)把A、B兩球置于距地面高為H處(H足夠大)，間距為L。當(dāng)A球自由下落的同時，B球以速度v₀向A球水平拋出。求：

(1)兩球從開始運(yùn)動到相碰，A球下落高度。

(2)A、B兩球相碰(碰撞時無機(jī)械能損失)后，兩球各自速度的水平分量。

(3)輕繩拉直的過程中，B球受到繩子拉力的沖量大小。

解析 本題情景新穎，內(nèi)容涉及平拋運(yùn)動、動量守恒、能量守恒等知識點(diǎn)，考查學(xué)生運(yùn)用已有物理知識，分析具體問題的能力，重在分析物理過程。而學(xué)生的難點(diǎn)恰在對物理過程的認(rèn)識和物理模型的建立。筆者嘗試?yán)谩胺抡嫖锢韺?shí)驗室”創(chuàng)設(shè)物理環(huán)境，模擬小球的運(yùn)動情況，記錄運(yùn)動軌跡(圖2）。學(xué)生對整個運(yùn)動過程一目了然。從而，結(jié)合板書或直接在圖2上選取有代表性的小球軌跡，構(gòu)造出圖3。在此基礎(chǔ)上，再分析臨界情況所滿足的條件，該題便迎刃而解。

（1）設(shè)到兩球相碰時，A球下落的高度為h，由平拋運(yùn)動規(guī)律得：

3 教學(xué)反思：多媒體輔助物理教學(xué)的優(yōu)越性

物理教學(xué)中涉及到許多抽象過程、微觀過程、極端過程和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)驗儀器等，教師常借助多媒體課件簡化物理模型、表現(xiàn)復(fù)雜過程。此外還可以借助幾何畫板、Excel軟件來根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)擬合曲線等，將定性的物理實(shí)驗過程進(jìn)行量化，化抽象為具體，更具有說服力，給這門古老的學(xué)科注入了新的活力。因此，利用多媒體輔助物理教學(xué)往往有著傳統(tǒng)教學(xué)所不能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性。

(1)模擬不易觀察的物理現(xiàn)象和運(yùn)動規(guī)律。如“布朗運(yùn)動”、盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)和α粒子散射實(shí)驗、講述萬有引力定律時行星的運(yùn)動情況以及衛(wèi)星的發(fā)射、運(yùn)行和接收等。

(2)控制物理現(xiàn)象進(jìn)程的快慢。如“彈性碰撞”，可以形象模擬碰前、碰時、碰后，小球的形變和速度變化關(guān)系；再如，“平拋運(yùn)動”可根據(jù)需要模擬任一時刻物體運(yùn)動情況和豎直自由落體運(yùn)動、水平勻速直線運(yùn)動的聯(lián)系，將實(shí)驗過程顯示在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生理解平拋運(yùn)動的本質(zhì)。

(3)抽象物理過程形象化。如電流的形成、電磁場的產(chǎn)生和傳播、原子核的裂變和聚變等物理現(xiàn)象，借助計算機(jī)模擬，可以將這些“無形”的動態(tài)物理現(xiàn)象變?yōu)椤坝行维F(xiàn)象”展現(xiàn)出來，讓大家看到它們的變化規(guī)律。

(4)課堂教學(xué)的信息量多、知識容量大。如，高三物理復(fù)習(xí)課上將高中物理所涉及的內(nèi)容分成力、熱、電、光、原五個專題，每個專題的知識形成知識鏈，各個專題之間的知識織成網(wǎng)。遇到數(shù)據(jù)處理較多的實(shí)驗，要善于將數(shù)據(jù)處理和作圖轉(zhuǎn)化為簡單的計算機(jī)操作，教學(xué)效率可以明顯提高。

多媒體在課堂教學(xué)中發(fā)揮著巨大的作用，但我們不需要把它神秘化，其實(shí)它只是解決一些教學(xué)問題、提高教學(xué)質(zhì)量的工具。當(dāng)然，不是每一節(jié)課、每一個教學(xué)環(huán)節(jié)、每一個知識點(diǎn)都必須用多媒體技術(shù)，更不能讓它主宰教學(xué)。我們應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象、教學(xué)條件而定，以提高教學(xué)質(zhì)量和效益為目的，以改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式和促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為宗旨。

(欄目編輯鄧 磊)