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1、南宁市教育学科“十二五”规划课题(2012B099):普通高中物理校本课程的探究利用“仿真物理实验室”来突破物体动态的分析广西壮族自治区南宁市第四十二中学 粟增伟 530200【摘 要】利用“仿真物理实验室”来模拟物体的动态过程,对分析物理过程、物理解答有着重要的作用。【关键词】问卷调查、动态过程、仿真物理实验室。一引题:在物理学习过程中,由于学生对物体运动过程不太了解、特别是一些比较复杂的物体运动过程难以理解,这种动态过程使学生在解题时很难入手。虽然我们也可以通过实验来实物演示,但是物体的运动过程、运动轨迹很难重新体现出来。如果我们用“仿真物理实验室”来模拟物体的动态过程,就可以让学生一目了
2、然,从而解决这个问题了。【例题】如图所示,质量为长木板B 静止在光滑水平面上,一质量为的小滑块A(可视为质点)放在长木板的右端,现在给长木板以水平速度向右运动,滑块与长木板的动摩擦因数为0.5,若滑块不从长木板左端滑出,求木板长度至少是多少?AB疑难:1. 滑块究竟是往左运动还是往右运动或者是静止?对于这个问题,很多学生往往弄不清楚。 2.对于“木板长度至少是多少”这个问题,学生更加没办法求出来了。为什么学生对这类问题感到难?其主要的原因就是对物体的运动过程少了一个直观的理解,如果学生对物体的运动过程没见过,就更无法想象出物体的运动过程。其实这就牵涉到一个物体运动过程,即物体的动态过过程。什么
3、是物体的动态过程?物体的动态过程实际上就是物体的运动过程,如果学生对于这个过程不理解,就无法解答问题了。动态过程有的容易理解,例如水平面上一个物体的运动;但有的就相对难理解,例如上面提到的例子,一个物体在另一个运动物体上相对运动时,学生不仅难理解而且往往会得出错误的结果。如何才能让学生很好去理解动态过程呢?方法很多,可以通过实验演示,但实验演示有时往往并不是很方便,这时我们可以通过电脑的模拟来达到了解动态的过程,例如我们可以通过“仿真物理实验室”这个平台来帮学生解决这个难题。二利用“仿真物理实验室”来模拟物体的运动依据:利用“仿真物理实验室”来模拟物体的运动,对于这个问题,我们学生是如何看待、
4、积极性如何?我们在南宁市教育学科“十二五”规划课题(2012B099):“普通高中物理校本课程的探究”问卷调查中对这个方面作了个问卷统计,其中第9题和第18题涉及到“用电脑模拟物理实验来演示”调查中得到如下的结果:1.总体调查情况:本次问卷调查总共发放2475份,分别在南宁市41中、南宁市42中和南宁市43中三所学校的高中部进行调查,调查的主要对象是高一、高二整个年级学生以及高三部分学生,收回2170份,除去填涂不规范和乱填涂等无效的问卷,有效问卷调查达1426份,占收回试卷的67%,达到50%以上,本调查问卷的可信度还是比较高,过到了问卷调查的要求(附:问卷调查)2.对第9题调查情况:第9题
5、题目:校本课程就是以学校为本位,由我们老师在现有课本的基础上进行归类、组合、补充,编写出符合本学校的教材,现如果要开发普通高中物理校本课程,你认为课程内容应该包括(可多选)A、物理学习方法,记忆法,小发明基本方法B、趣味物理,用电脑模拟物理实验来演示C、机械设计,电子与无线电制作,物理与生活D、摄影,影视艺术与文学,电视节目编导和制作第9题问卷调查结果:由于本题是一个不定项选择,所以学生所选的答案类型为总共有15种,结果如下图所示:如果我们只分析答案中含有A、B、C、D答案的,其结果如下:【分 析】含A答案的共有1104人(占30%),含B答案的共有732人(占21%),含C答案的共有798人
6、(占23%),含D答案的共有904人(占26%),从以上的数据来看,选B答案“趣味物理,用电脑模拟物理实验来演示”比例相对还是比较高的,可见,用电脑来模拟物理实验还是比较受学生欢迎!3.对第18题调查情况:第18题题目:物理难学,那是我们对物理情境不够了解,例如在研究地球环绕太阳运动时,由于我们没办法看到地球环绕太阳转的实际情况,大家在学习中就感到困难,但我们可以通过电脑模拟地球环绕太阳运动,从而给我们比较直观的理解,如果我们设一个有关电脑模拟课题,你将会A、积极参与 B、不参与 C、视情况而定第18题问卷调查结果如下表格所示:A(773人,占54%)C(567人,占40%)B(86人,占6%
7、)从图表上看:积极参与(A选项)共有773人,占54%,视情况而定(C选项)共有567人,占40%,不参与(B选项)共有86人,占6%,从以上的数据来看,选A答案“积极参与”同学占了一半以上,而不“不参与”这一项的只占6%,可见,学生都乐于参与其中,这对我们的教学有很大的帮助! 综合上述的调查结果,我们将开展有关这方面的教学研究,即通过“仿真物理实验室”来模拟实际上的效果。 三“仿真物理实验室”来模拟实验的实际操作,我们将以上面给出的例子来说明: 如何让学生融入“仿真物理实验室”教学中来呢? 1.明确物体运动的情况、确定对象、了解各物理量的参数。2.让学生先通过设想或运算,推测物体的实际运动,
8、然后再用电脑模拟显示,理论和实际的结果是否相符。AB【例题】如图所示,质量为长木板B 静止在光滑水平面上,一质量为的小滑块A(可视为质点)放在长木板的右端,现在给长木板以水平速度向右运动,滑块与长木板的动摩擦因数为,若滑块不从长木板左端滑出,求木板长度至少是多少?疑难:1. 滑块究竟是往左运动还是往右运动或者是静止?对于这个问题,很多学生往往弄不清楚。 2.对于“木板长度至少是多少”这个问题,学生更加没办法求出来了。解:设滑块运动到木板左端时,两物理刚好有共同的速度,根据动量守恒: 根据能量守恒: 由表达式整理可得: 代入数据,可求得:下面我们先利用“仿真物理实验室”来验证上述的结果:第一步骤
9、:打开软件,设置相关参数.设置物体运动环境是在重力作用之下,在“考虑重力作用”处打“”。然后点击“确定”。.设置实际长度和屏幕距离的比例关系,如图中设置为“3”。第二步骤:.设置木板的长度、质量、初速度、木板和滑块间动摩擦因数。设置木板长度为为11.2米、质量为1千克、初速度为12米/秒,木板与滑块的动摩擦因数为0.5.点击“确定”, 木板即可设计成功。第三步骤:.设置滑块的质量和长度。设置滑块的质量为0.5千克、长度为0.8米点击“确定”, 滑块即可设计成功。第三步骤:运行、验证结果。在模拟实验中,因为要考虑到滑块有一定的长度,在设置木板长度时要把滑块长度考虑进去,才能得到上述电脑显示结果。
10、所以在第二步骤中,木板长度置长度等于计算结果数值再加上滑块长度的两倍(即11.2米),这个问题可以给学生思考。要使滑块不从木板左端滑出,还可以改变哪些条件可以达到呢?对于这个问题,我们下一步的工作可以全部交给学生去讨论,然后根据他们自己提出的方案进一步验证,等学生了解达到一定程度了,我们可以让学生自己通过实验来验证结果。这样做有利于学生的思维、拓展学生的想象力。 “仿真物理实验室”软件为我们提供了一个实验器具完备的综合性实验室,您可以亲自动手创建您所能想象的所有实验。所涉及高中物理现象理论、公式、过程都已经固化在软件中,我们只需修改一下参数就可以达到要求,例如上面提到的例子,只要我们修改一下木
11、板的质量、小物块的质量、以及它们间的摩擦因数,就可以达到我们的要求。“仿真物理实验室”包含了整个高中物理所有的知识点,只要我们设置合理的数据,就可以把高中所涉及的问题通过电脑模拟出来,例如:平抛运动、圆周运动、星体运动、带电粒子的运动、波动、光学、电学实验等等都可以用电脑模拟出来。当学生能通过“仿真物理实验室”来设计实验、设计物体的运动情景时,我们相信,没有什么可以为难我们学习物理的了。【参考资料】中学仿真实验室应用培训教程 (南宁市现代教育教学中心)南宁市教育学科“十二五”规划课题(2012B099):普通高中物理校本课程的探究“问卷调查”统计数据高中物理题中隐含的动态过程的分析 李云霞(百
12、色学院学报 2006年S1期 )附:南宁市教育学科“十二五”规划课题(2012B099):普通高中物理校本课程的探究问卷调查学校: 年级 班别 指导语: 同学们,本课题研究的重点在于立足学校实际,根据学校的教育教学资源,为学生开发切合实际的高中物理校本课程,让我们能够从高中的物理学习中体验到物理学习、物理知识、物理思维的重要性,从而激发学生的学习热情和学习兴趣,提高物理成绩。现在向你们作个问卷调查。 本问卷调查只是为了了解你对物理学习的实际情况,没有标准答案,对你个人没有影响,请你结合自己的情况如实填写。本问卷调查的绝大多数题目是单项选择题,如有多选的,我们在题目后面标明请你用黑色签字笔或圆珠
13、笔或铅笔在下面的表格相应的圆圈内填涂,涂满圆圈即可,不要超出圆圈,例如这样填涂“ ”就正确,如有填错需更改的,用白色粉笔把不需要的答案涂为白色即可,谢谢你的合作,祝你学习进步!卷调查题目1、我是: A、男生 B、女生2、你是哪一类学生?A、美术、音乐、体育类的特长生B|、普通学生(即不是“美术、音乐、体育类的特长生”)3、你经常阅读物理课外书籍吗? A、经常 B、偶尔 C、从不4、你对物理科的学习兴趣A、很感兴趣 B、一般 C、没兴趣5、你觉得物理科的难度A、很难 B、一般 C、不难6、在物理习题中遇到难题你会怎样做? A、与同学讨论 B、请教老师 C、直接抄答案 D、不去管它7、你经常用生活
14、中的工具和材料做一些物理小实验吗? A、经常 B、偶尔 C、从不8、如果班上成立物理课外活动小组,你会参加吗? A、一定 B、可能 C、不会9、校本课程就是以学校为本位,由我们老师在现有课本的基础上进行归类、组合、补充,编写出符合本学校的教材,现如果要开发普通高中物理校本课程,你认为课程内容应该包括(可多选)A、物理学习方法,记忆法,小发明基本方法B、趣味物理,用电脑模拟物理实验来演示C、机械设计,电子与无线电制作,物理与生活D、摄影,影视艺术与文学,电视节目编导和制作10、对校本课程的学习,你希望用哪一种方式进行?(可多选)A、在实验室里进行学习 B、利用网络进行学习 C、自己阅读老师准备的材料 D、实践调查11、学校要开设物理校本课程,你希望在哪方面有所提高?(可多选) A、为高考取得高分 B、获得解决问题的能力,探索未知世界 C、增加户外活动机会 D、增加学习物理的兴趣12、学校有很多美术、音乐、体育类的学生,物理对他们来说很重要,但是比较难学,如果我们采用以下两种教材,你认为哪种比较好?A、重新编写适合他们的物理教材B、用现有的教材,结合他们的实际情况上课13、在创意摄影中常使用一些物理现象来创