在高中阶段,物理作为一门重要的学科,对于培养学生的科学思维和实践能力起着关键作用。然而,传统的物理实验教学面临着诸多问题。一方面,部分实验所需的仪器价格昂贵,学校可能无法配备齐全,导致学生缺乏足够的实践机会。另一方面,一些实验存在一定的安全隐患,例如在进行电学实验时,如果操作不当,可能会引发触电事故。这些问题使得学生难以通过实际操作来直观地理解物理知识。
而虚拟交互工具的出现,为解决这些问题提供了有效的途径。它能够突破时间和空间的限制,让学生随时随地进行实验操作。通过虚拟实验,学生可以更加直观地观察物理现象,深入理解物理原理,提高学习效果。同时,虚拟交互工具还能避免实验中的安全风险,让学生在安全的环境中进行学习和探索。
PhET是一款无需注册、无需下载App、可线上进行实验演示的虚拟实验网站。它由诺贝尔奖获得者卡尔·威曼于2002年创立,最初是“Physics Education Technology”(物理教育技术)的首字母缩写。虽然名字源于物理教育,但现在该网站除了模拟物理实验外,还包含数学、化学、生物、地球科学等多个主题的模拟实验。
PhET鼓励学生从探索中学习,激励他们在直观的、游戏化的环境中进行探索和发现。它拥有170多个互动式模拟实验,涵盖了牛顿力学、电路、波、热力学等物理领域的常见概念。例如,在电学实验中,学生可以通过虚拟实验观察电流的流动、电阻对电流的影响等,从而更直观地理解抽象的电学概念。此外,PhET还提供了多种表示方式,如动画、图表、数据可视化等,帮助学生从不同角度理解科学概念。该网站的网址为https://phet.colorado.edu/zh_CN/ ,学生无需注册或下载额外的软件,即可在线访问和使用这些资源。
物理仿真实验室是广州市同实网络科技有限公司旗下“同步网络实验室”的物理实验室部分,是专门为初中、高中生物理课程而精心打造的虚拟仿真实验平台。它采用FLASH交互技术,紧跟教材,模拟真实实验场景,以高度仿真技术制作成100%模拟实验室环境和各种器材的效果,让学生犹如身临其境,仿佛用自己的双手在做实验一样。
该平台具有以下特色:一是实验内容最大最全,涵盖了国家课程标准要求的、与各版本教材相对应的初中、高中物理课程的全部实验。学生除了可以做教材实验外,还能根据自己的兴趣和爱好,自选实验用品和仪器开展自主探究实验。二是实验操作高度仿真,所使用的仪器如电阻、仪器表、酒精灯、铁架台等全部采用实物拍摄再后期制作,形象逼真地呈现实验过程和场景。同时,它还具有多种感官同步进行的直观效果,能够将教学重点和难点一一呈现出来。三是实验操作科学规范要求严格,按照实验教学的要求和仪器使用规范,对实验操作的规范性和科学性进行严格要求。例如,在电学实验中,电流表的接线柱一旦接错,就会呈现出电短路现象,系统也会提示操作错误。四是实验内容紧跟教材,按《物理课程要求》,紧跟教材大纲,并且按照各版本教材顺序,将实验与教材一一对应,使教与学完全同步。
除了PhET和物理仿真实验室外,还有一些其他的在线模拟实验网站也适合高中生使用。例如oPhysics,这是一个可进行在线模拟实验的教学网站,可对物理中常见的几个主题,如运动学、力、能量守恒、波、光、机电、旋转、流体等进行互动模拟。The Physics Aviary同样是一个可进行在线模拟实验的教学网站,可对物理中常见的概念进行互动模拟,还有很多其他的学习资源可供选择。Pivot Interactives(https://www.pivotinteractives.com )也为学生提供了物理实验的互动模拟资源。
一些轻量级物理闯关小游戏也能帮助高中生更好地理解物理知识。Draw Physics Line是一款在屏幕上画线,利用重力和支撑原理引导小球滚入目标区域的游戏。玩家需要根据小球的运动轨迹和惯性,合理调整线条的倾斜角度和长度,这考验了学生对重力、惯性和碰撞等物理原理的理解。Simple Physics或类似关卡制游戏,任务如搭建承重结构、引导球体通过障碍等。每关都需要运用杠杆、支点、斜面等知识,学生在失败后可立即调整方案,从而加深对物理知识的掌握。物理弹珠类H5游戏模拟弹珠台,通过发射角度和力度击碎方块,利用反弹和连锁反应清屏,物理反馈清晰,节奏轻快,能让学生在轻松愉快的氛围中感受物理的魅力。
对于喜欢自由创造的学生来说,自定义物理沙盒与模拟器是很好的选择。在线版物理沙盒类似“真实物理模拟器”的网页简化版,支持添加不同材质的物体(金属、木头、橡胶)、液体、风扇、马达等,学生可以观察它们在重力、摩擦、风力下的互动,培养自己的创新思维和实践能力。天体物理模拟网站允许学生设定星球质量、速度、引力常数,模拟太阳系运行或碰撞实验,让学生直观理解万有引力和轨道力学。桥梁建造挑战类在线小游戏则让学生用有限材料搭建桥梁,测试其能否承受车辆的重量,这有助于提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。
综上所述,适合高中生的物理实验虚拟交互工具丰富多样,它们以不同的方式为学生提供了学习和探索物理知识的机会。这些工具不仅能够帮助学生更好地理解物理概念,还能培养他们的实践能力和创新思维。学校和教师可以根据教学需求和学生的实际情况,合理选择和运用这些虚拟交互工具,以提高物理教学的质量和效果。同时,学生也应积极利用这些工具,主动参与到物理实验的学习中,不断提升自己的科学素养。