PhET互動式仿真模擬實驗軟件與初中物理教學(xué)

1、PhET互動式仿真模擬實驗軟件與初中物理教學(xué)論文摘要：PhET是一款來源美國科羅拉多大學(xué)的 PhET計劃的互動式仿真模擬實 驗軟件，它有開源性好、直觀性強、仿真性高和互動性佳的優(yōu)點，很適合初中物 理教學(xué)使用。本文分別從物理的概念課、規(guī)律課、實驗課及課外探究中選取典型 課例，分析PhET互動式仿真模擬實驗軟件在不同課型中使用。 最后，探討了 PhET 與物理教學(xué)的整合。關(guān)鍵詞：PhET初中物理教學(xué)20世紀(jì)90年代以后，隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、 虛擬技術(shù)及數(shù)字技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展成熟，現(xiàn)代教育技術(shù)在中小學(xué)教育中發(fā)揮著越來越重要的作用。正如聯(lián)合國教科文組織國際21世紀(jì)教育

2、委員會所指出的：“新技術(shù)使人類進入了信息傳播全球化的時代”；“這些新技術(shù)正在我們眼前引起一場真正的革命，這場革命既影響著與生產(chǎn)和工作相關(guān)的活動， 又影響 著與教學(xué)和培訓(xùn)有關(guān)的活動”。教育部基礎(chǔ)教育改革司組織編寫.走進新課程：與課程實施者對話M北京：北京師范大學(xué)，2002.9:138義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)(下文 稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)也指出：“現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 為豐富物理課程資源提供了技術(shù)條件。應(yīng)鼓勵開發(fā)和使用豐富的多媒體教學(xué)資 源，是物理課程的學(xué)習(xí)更生動、活潑、豐富多彩?！薄霸谟嬎銠C多媒體軟件的使用中，應(yīng)提倡使用智能型軟件。這些軟件是按照物理規(guī)律制作而成的，

3、而不是簡 單的模擬。這些教學(xué)軟件可以豐富學(xué)生對于物理情境的感性認(rèn)識，深化對于科學(xué) 規(guī)律的理解，同時也可以做一些中學(xué)實驗室中不好完成或不能完成的實驗?！敝腥A人民共和國教育部制訂.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)M.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：48,49一、PhET互動式仿真模擬實驗軟件簡介PhET互動式仿真模擬實驗軟件(下文簡稱為PhET來源于美國科羅拉多大 學(xué)的 PhET計戈U( Physics EducationTechnology project)，即物理教育科技計 劃的簡稱，該計劃通過建立互動式仿真模擬實驗科學(xué)網(wǎng)站(/ )，提供物理

4、、化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)及地球科學(xué)等模擬 實驗，所有軟件經(jīng)嚴(yán)格測試和評估后發(fā)布，供教師示范、學(xué)生作業(yè)以及代替實驗操作而提供準(zhǔn)確、逼真的實驗。PhET已經(jīng)獲得了若干獎項:WISEAwards (2017)SIGOLOnline Learning Award, 2nd place (April 2012).Tech Award and Microsoft Education Award (October 2011). Readmore about the TechAward.NSF& Scienee Magazines International Science & Engineering Visual

5、 Challenge award (2007).MERLOTClassics Award in Physics (2006).MERLOTEditors Choice Award (2006) (PhETon MERLOT).圖1.網(wǎng)站首頁截圖圖2.網(wǎng)站登錄頁面其中的互動模擬實驗以Java語言和Flash多媒體軟件開發(fā)，已有50多個國第1頁共11頁家和地區(qū)參與其中并進行軟件的本地語言化，2010年發(fā)行中文安裝包，使用者僅需相應(yīng)的瀏覽器便可以執(zhí)行選定的模擬實驗，網(wǎng)站上的模擬實驗屬于公共授 權(quán)，使用者無須付費或特別取得授權(quán)即可直接使用，既可以在線運行，也可以下載好后使用，這一優(yōu)勢對那些貧窮的或者無

6、網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)尤為重要。該軟件主要是研究仿真技術(shù)如何改進物理及化學(xué)、生物、地球科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科教學(xué)，通過趣味互動的游戲方式，幫助小學(xué)、中學(xué)、高中、大學(xué)不同學(xué)段學(xué) 生理解本學(xué)段深澀難懂的概念以及蘊藏的數(shù)理關(guān)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；研究如何使用仿真軟件更加有效，并聽取各地師生的反饋不斷改進。 因此，在同類軟 件中更具優(yōu)勢。該軟件特別適用于以下情況：（1）理解枯燥的抽象概念和規(guī)律（如運動學(xué)、拋物線、可逆反應(yīng)等概念）；（2）觀察極其微小的（如原子、電子）或極其巨大的對象（如太陽系、冰 河等）；（3）記錄反應(yīng)速度太快（如核反應(yīng)）或太慢（如溫室效應(yīng)）的實驗數(shù)據(jù)；（4）使用實驗器材昂貴（如 MRI核磁共振成

7、像）或重復(fù)進行不同參數(shù)條件 的測試的實驗（如熱、化學(xué)反應(yīng)速率等）；（5）具有危險性的實驗（如觸電、易燃性、放射性等實驗）。該軟件有以下特點：（1）開源性好：該模擬軟件適用Java和Flash多媒體軟件開發(fā)，授權(quán)模式 為公共授權(quán)，可以自由、免費使用。并且網(wǎng)站提供相關(guān)模擬實驗的源代碼，可供 教師和學(xué)生下載研究，通過自由平臺可以進行再創(chuàng)作。（2）直觀性強：該模擬實驗工具采用動畫、圖片、表格等方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi) 容，使教學(xué)內(nèi)容更加直觀化，且在學(xué)習(xí)過程中，給予適當(dāng)?shù)膸椭⑻崾竞筒僮髦?示，方便教師的實驗指導(dǎo)，也有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。（3）仿真性高：該模擬實驗工具能提供近似真實的實驗情境，仿真的實驗 器材，當(dāng)

8、改變實驗參數(shù)時，將發(fā)生精確的實驗變化，產(chǎn)生真實的實驗效果，便于 師生的實踐操作。（4）互動性佳。該模擬實驗工具克服了同類模擬實驗工具僅能演示或者少 量互動操作的缺點，給師生提供更多地參與互動機會。 學(xué)生可以根據(jù)提示，操作 實驗儀器，適用測量工具，改變實驗參數(shù)，進行數(shù)據(jù)采集和整理，做到真正地理 解。由于具有以上優(yōu)點，所以非常適合在初中物理教學(xué)中使用，通過人機互動， 在直觀、游戲般的環(huán)境中，學(xué)生可以像科學(xué)家一樣探索學(xué)習(xí)， 能夠通過動態(tài)直觀 地展示使隱形的東西顯現(xiàn)出來，還能將科學(xué)的觀點與現(xiàn)實世界中的現(xiàn)象聯(lián)系起 來。二、PhET在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用。物理學(xué)是研究物質(zhì)、相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)。

9、中華人民共和國教育部制訂義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）M.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012： 1第2頁共11頁該部分的教學(xué)活動 一般以觀察物體的性質(zhì)和通過實驗來了解物質(zhì)和能量的變化規(guī)律。 PhET件有大 量設(shè)計成熟的程序可供“物質(zhì)世界”的教學(xué)使用。筆者根據(jù)物理課型分別舉例分 析：（一）物理概念課物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識的重要組成部分，而且也是構(gòu)成物理規(guī)律、建 立物理公式和完善物理理論的基礎(chǔ)和前提，是進行物理實驗的起因和結(jié)果。物理 學(xué)的概念很多，有些比較簡單，如物體、運動、路程等，比較容易掌握；有些則 比較抽象、復(fù)雜，如力、慣性、速度、電勢等，較難理解、掌握。因此，在物理教學(xué)過程中，學(xué)生

10、準(zhǔn)確的理解物理基本概念是掌握物理知識的 前提，是進行正確推理和判斷的基礎(chǔ)。無論從掌握物理知識還是從發(fā)展能力來看， 都必須十分重視物理概念的教學(xué)，這樣才能不斷提高物理教學(xué)的質(zhì)量。筆者以“摩擦力”為例，簡介 PhET在概念課中的使用?！澳Σ亮Α笔侨私贪嫖锢斫滩模?012版）八年級下冊“運動與力”單元第 三課摩擦力的主要概念。摩擦力是學(xué)習(xí)了彈力、重力后的又一種重要而常見 的力，是力學(xué)的基礎(chǔ)。 這不僅是二力平衡的應(yīng)用，而且為后面的功和簡單機械 的學(xué)習(xí)，甚至高中學(xué)習(xí)做好鋪墊，在力學(xué)中具有承上啟下的作用。通過本課的學(xué) 習(xí)，不但使學(xué)生學(xué)習(xí)到摩擦力的有關(guān)知識，而且是學(xué)生對探究、分析和解決問題 能力的升華，同時

11、也逐漸培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究和重視知識應(yīng)用的好習(xí)慣。教材對摩擦力的定義是“兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們做相對運動時，在接 觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運動的力，這種力就叫做摩擦力?！苯滩臑榱藢W(xué)生能 直觀理解摩擦力的產(chǎn)生原因，配了“在顯微鏡下看，物體的表面不光滑” 一圖（圖 3）。不過靜態(tài)圖還是不夠形象直觀，PhET提供了一款微觀展示摩擦力形成原因 的仿真軟件（圖4）。運行該軟件時，只需要按住鼠標(biāo)，按照軟件中箭頭指示的方向移動，既可以 看到宏觀下的物體移動（軟件中的物理、化學(xué)課本），也可以看到微觀的物體表 面分子的相對運動，學(xué)生就能非常容易的理解摩擦力是由于相互接觸的物體，表面凹凸不平而產(chǎn)生的。學(xué)生們還

12、可以看到當(dāng)運動速度越來越快時， 接觸面上的溫 度也會提高，由力的形象演示拓展到摩擦生熱的力、 熱融合。通過這樣最直觀最形象的動態(tài)演示，學(xué)生們不僅很快理解摩擦力的概念，還能進行知識的拓展與深 化，一舉兩得。在課堂中可以設(shè)計這樣的環(huán)節(jié)引入 PhETJ（圖6.人教版物理九年級“內(nèi)能”一課部分截圖）教師可以利用各種情景（如足球在草地上滾動越來越慢， 最后停下來；礦泉 水的瓶蓋上有許多豎紋；運動員賽跑時穿著帶有鐵釘?shù)呐苄?；汽車在雪地上行?艱難，而當(dāng)輪胎上裹有鐵鏈后就能前進自如了； 生銹的鐵鎖打不開，當(dāng)加了幾滴 油后就可以打開了等等）引導(dǎo)學(xué)生思考這些現(xiàn)象都與什么有關(guān)，然后帶領(lǐng)學(xué)生體 驗?zāi)Σ亮Φ漠a(chǎn)生：先請

13、同學(xué)們把手平放在桌面上，手心朝下，一起來做幾個小實 驗。（1）手平放在桌面上，用力推或拉，使手在桌面上運動，感受有沒有一個 阻礙手運動的力；（2）手平放在桌面上，用力推或拉，但保持手不動，感受有 沒有一個阻礙手運動的力；（3）手平放在桌面上，保持手不動，也不用力推或 拉，感受有沒有一個阻礙手運動的力。引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）摩擦力是在什么情 況下產(chǎn)生的？ （ 2）摩擦力的作用點在哪里？ （ 3）摩擦力向什么方向？ （ 4）摩 擦力的作用是什么？在此基礎(chǔ)上得出摩擦力的定義， 了解摩擦力的作用點在兩個 物體的接觸面上。摩擦力的方向與物體相對運動的方向相反。 接著教師可以拋出 話題：為什么會產(chǎn)生摩擦力呢

14、？兩個物體的接觸面有什么特點呢？通過連續(xù)的提 問，引發(fā)學(xué)生深入思考，接著教師就可以演示 PhET “摩擦力”，引導(dǎo)學(xué)生直觀 形象地觀察物理、化學(xué)課本的宏觀摩擦和微觀狀態(tài)下分子間的運動，同時旁邊的 溫度計還能直觀看到劇烈摩擦溫度升高的現(xiàn)象， 教師可以適當(dāng)拓展到九年級第十 三章內(nèi)能的第二節(jié)“內(nèi)能”中的“摩擦可以產(chǎn)生熱”。課本截圖如圖6。I. bfl IlZJJiV1.康齡.和IM甲. t細(xì)氣陣IMit空諂內(nèi)iMKr UJt*.達JI *1化It朋點用42心乙內(nèi)*上W” JiB眉卅曲氣電極*鬪，pJ河的生直十址!1中.井劉外【評析】PhET在本課中既起到形象直觀地展示摩擦力的作用，又可以進行 深入拓

15、展，一舉兩得。很好地發(fā)揮了互動模擬軟件對課堂教學(xué)重難點的突破作用， 彌補了傳統(tǒng)教學(xué)中圖片的靜態(tài)和語言的抽象，使摩擦力形成的微觀原因清晰可 見，同時，形、畫、聲、光多感官的刺激，既有利于表象的形成，也有利于知識 的獲取和鞏固，加大了物理課堂的教學(xué)容量，從而有利于提高教學(xué)效率，進而提 高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。（二）物理規(guī)律課物理學(xué)是由物理概念和物理規(guī)律組成的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒕芏康睦碚擉w系。物理 規(guī)律具有以下特點：物理規(guī)律是觀察、實驗、思維、想象和數(shù)學(xué)推理相結(jié)合的產(chǎn) 物；是物理概念之間必然聯(lián)系的反映；具有近似性和局限性。學(xué)習(xí)物理規(guī)律是一個復(fù)雜的認(rèn)知過程，它是感性認(rèn)識與理性認(rèn)識、特殊認(rèn)識與一般認(rèn)識反復(fù)結(jié)合、相互

16、作用的發(fā)展過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，首先要在第5頁共11頁具體感知的基礎(chǔ)上，通過抽象概括、得出結(jié)論；然后將得出的結(jié)論運用于實際， 使知識從弄懂到會用。物理規(guī)律的教學(xué)過程就是幫助學(xué)生完成上述復(fù)雜的認(rèn)知過 程。所以，物理規(guī)律課教學(xué)一般要經(jīng)過提出問題、探索規(guī)律、討論規(guī)律和運用規(guī) 律四個階段。筆者以“串、并聯(lián)電路中電流的規(guī)律”為例，簡介 PhET在規(guī)律課中的使用?！疤骄看⒙?lián)電路的電流規(guī)律”是人教版九年級物理第十五章“電流和 電路”中第五節(jié)內(nèi)容，通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已知道串、并聯(lián)電路的連接，學(xué)生 能夠順利連接串聯(lián)電路，本節(jié)課中，學(xué)生將第一次經(jīng)歷完整的科學(xué)探究的七個環(huán) 節(jié)，找到串、并聯(lián)電路電流的規(guī)律，

17、在這兩個探究中，幾個環(huán)節(jié)來到了前臺，作 為程序性的知識正面交給了學(xué)生， 而且要學(xué)生體驗科學(xué)探究，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方 法，養(yǎng)成良好的科學(xué)探究習(xí)慣。本課的實驗又富有探究性、實踐性，學(xué)生既要親 自設(shè)計實驗，畫電路圖，還要將電流表幾次接入串聯(lián)電路、并聯(lián)電路的不同部位， 所以必須較熟悉地連接電路，并會正確使用電流表，因此本節(jié)課既是前面串、并 聯(lián)電路、電路圖、電流表學(xué)習(xí)的運用，也是前面所學(xué)知識擴展，更是后面其他章 節(jié)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，本節(jié)課學(xué)習(xí)重在過程，讓每個學(xué)生都有親身體驗的機會， 獲得成 功感，從而珍惜自己的勞動成果，掌握科學(xué)的探究方法，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣對 物理這門功課產(chǎn)生深厚興趣。但部分學(xué)生對于并聯(lián)電路的

18、連接不夠熟練， 少數(shù)學(xué) 生對正確使用電流表有一定困難，大部分學(xué)生對科學(xué)探究方法有一定的認(rèn)識， 但 根據(jù)實驗的目的和要求設(shè)計實驗方案，有一定的困難?；谝陨戏治觯菊n學(xué)習(xí)可以采用“ PhET模擬實驗+動手實驗”的方式進行 教學(xué)。本課可分兩課時完成，第一課時主要設(shè)計實驗并進行計算機模擬實驗， 第 二課時以學(xué)生動手實驗，搜集數(shù)據(jù)，探究規(guī)律。環(huán)節(jié)設(shè)計如下：【第一課時】1課前在黑板上掛上一大串節(jié)日彩燈，并使之發(fā)光，通過學(xué)生 猜想是串聯(lián)還是并聯(lián)，以及如何加以鑒別等創(chuàng)設(shè)問題情境， 激發(fā)興趣，當(dāng)學(xué)生找 到方法（擰去一只燈或斷開某處線路）并確定是串聯(lián)后，追問：“通過這些小彩燈的電流有什么關(guān)系？ ”激起學(xué)生探究欲

19、望，自然引出課題。2指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗步驟，計算機模擬，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，體驗科學(xué) 探究的環(huán)節(jié)。（1） 按圖1進行演示，連接電路，然后讓學(xué)生對 A、B、C三點電流的大 小關(guān)系，提出冋題，這就是第一個環(huán)節(jié)提出冋題。（2）讓學(xué)生進行猜想或假設(shè)，并說出理由。（3）設(shè)計實驗，包括設(shè)計實驗電路圖，實驗器材的選取和數(shù)量，實驗步 驟的確定和設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格，讓學(xué)生開動腦筋，自主設(shè)計，并通過小組成員合 作，補充完善，當(dāng)各組完成設(shè)計后，讓各組進行交流本組設(shè)計的電路圖和實驗方 案，及時給予指導(dǎo)和糾正。以此突出重點和突破難點，達到滲透過程與方法，情 感態(tài)度與價值觀的目的。（4）模擬實驗，通過學(xué)生在計算機上無成本、無

20、壓力的模擬實驗，檢驗自 己的實驗設(shè)計，同時電流表在串聯(lián)、并聯(lián)電路各處的不同讀數(shù)，初步感知不同電 路中的電流變化規(guī)律。具體過程如下：（串并聯(lián)電路的連接方法及電流表在電路 中的連接方式已在前幾課中利用 PhET進行過學(xué)生操作）首先，學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的串聯(lián)電路圖（如圖 7），在計算機上連接模擬電流表依次接入串聯(lián)電路中,記錄電流表數(shù)值（如下圖9及下表1 o ）（圖9將電流表依次接入電路ABC處測量到的各點的電流值）圖11.PhET連接完成的模擬電路圖12.將電流表依次接入電路 ABC處測量到的各點的電流值（圖10.并聯(lián)電路圖）表1串聯(lián)電路各點的電流值A(chǔ)點B點C點串聯(lián)電路3.91安培3.91安培3.91

21、安培按照同樣的流程，完成并聯(lián)電路的連接及記錄。如下圖10-12及下表2表2并聯(lián)電路各點的電流值A(chǔ)點B點C點并聯(lián)電路3.60安培3.60安培7.19安培【第二課時】1.動手探究，搜集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流規(guī)律。（1）實驗前，啟發(fā)學(xué)生注意儀器使用的規(guī)范性，以及電路連接時應(yīng)注意的問題，特別要注意電流表的正確使用和讀數(shù)，用多媒體展示電路圖和實驗步驟, 讓學(xué)生按電路圖連接實驗電路進行實驗，使學(xué)生在實驗的過程中體驗探究的樂 趣，提高探究能力，并把自己探究的電流值記在自己設(shè)計的表格中。（2）實驗結(jié)束后，讓各組派代表說出本組記錄的數(shù)據(jù)，并分析歸納實驗 結(jié)論，以此培養(yǎng)學(xué)生分析，歸納問題的能力。（3）評估與交流，探究結(jié)束

22、后各組學(xué)生對實驗設(shè)計，實驗操作、測量結(jié)第7頁共11頁果進行評估，并讓各組代表上臺就上述問題進行了交流。（4）師生交流，總結(jié)串并聯(lián)電路中的電流規(guī)律：串聯(lián)電路電流處處相等； 并聯(lián)電路干路中的電流等于各支路中的電流之和。2. 實踐應(yīng)用，鞏固所學(xué)?！驹u析】課程標(biāo)準(zhǔn)要求現(xiàn)代中學(xué)物理教學(xué)要突出兩大基本特征：探究性和 建構(gòu)性。本課教學(xué)通過PhET仿真模擬實驗的模擬互動連接，學(xué)生不光又一次復(fù) 習(xí)了串、并聯(lián)電路的不同連接方法和電流表在電路中的連接方法， 對于電路連接 時的注意事項進行了又一次的復(fù)習(xí)鞏固， 為接下來動手連接電路， 建構(gòu)實物電路 掃清了困難， 同時，通過觀察串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中不同位置的電流值， 學(xué)

23、生對 于串并聯(lián)電路中電流規(guī)律有了粗淺的認(rèn)識， 也為之后的數(shù)據(jù)搜集整理和探究方向 指明了方向。在課堂中加入PhET仿真模擬實驗可以有效地幫助學(xué)生變革學(xué)習(xí)方式，不 僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生更加主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng) 學(xué)生搜集、分析、處理信息的能力，提高學(xué)生的問題意識、合作意識，同時也改 變了教師的教育理念和教育行為，進一步深化了新課程改革。（三）物理實驗課 物理實驗是物理學(xué)的幾乎，同時也是物理教學(xué)的基礎(chǔ)。課程標(biāo)準(zhǔn)提出“要發(fā) 揮實驗在物理教學(xué)中的重要作用。 實驗教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分， 是落實 物理課程目標(biāo)， 全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。 ”課程標(biāo)準(zhǔn)還明確提出列出 了學(xué)

24、生必做實驗 20 個，要求“學(xué)校應(yīng)充分利用已有的實驗器材，努力開發(fā)適合 本校情況的實驗課程資源，盡可能讓學(xué)生自己動手多做實驗”筆者以必做實驗“探究凸透鏡成像的規(guī)律”為例，簡介 PhET在實驗課中的 使用。本節(jié)是人教版八年級物理上冊第五章透鏡及其應(yīng)用的第三節(jié)，本章是光 學(xué)部分的重點章， 探究凸透鏡成像的規(guī)律是本章的重點知識， 教材以探究凸透鏡 成像情況與物距（u）關(guān)系有關(guān)為主線，安排了學(xué)生猜想、設(shè)計實驗、實驗探究、 合作交流等教學(xué)過程，讓學(xué)生經(jīng)歷產(chǎn)生興趣、發(fā)現(xiàn)問題、激發(fā)矛盾、解決問題的 過程，很好地體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求， 在體驗知識的形成、 發(fā)展過程中培養(yǎng)了學(xué) 生主動獲取知識的精神。 八年級學(xué)生

25、剛剛接觸物理這門學(xué)科， 在知識方面， 懂得 少許淺顯的物理道理， 知道一些較簡單的物理現(xiàn)象， 了解了一些基本的物理規(guī)律； 在能力方面， 初步具備了一定的探究問題的意識和能力， 有一定的協(xié)調(diào)能力和合 作精神；在情感方面， 他們有較濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強烈的求知欲望。 而且在此之 前有過探究“平面鏡成像特點”的經(jīng)歷，知道探究的一般過程，對積極主動地進 行探究活動有著較為濃厚的興趣， 但本節(jié)探究課學(xué)生面臨著諸多困難， 例如實驗 探究涉及到的物理概念、名詞多，如物距（u）、像距（v）、焦距、實像、虛像， 特別是要找到各種像應(yīng)調(diào)整什么， 如何調(diào)整， 學(xué)生感到盲目； 從數(shù)據(jù)中要得出結(jié) 論也不易，因此老師必須重

26、視加強對學(xué)生探究過程的指導(dǎo)，同時， 培養(yǎng)學(xué)生收 集信息、整理資料、 分析問題、 解決問題等能力， 初步學(xué)會科學(xué)探究的一般方法?；谝陨戏治觯菊n學(xué)習(xí)可以采用“ PhET模擬實驗+動手實驗”的方式進行 教學(xué)。在實際操作之前，教師可以利用 PhET提供的“幾何光學(xué)”仿真模擬試驗 先讓學(xué)生對實驗操作走一次，對那些還不太熟悉的名詞現(xiàn)在計算機上熟悉一下。 本課可分兩課時完成， 第一課時主要設(shè)計實驗并進行計算機模擬實驗， 第二課時 以學(xué)生動手實驗，搜集數(shù)據(jù)，探究規(guī)律。環(huán)節(jié)設(shè)計如下：【第一課時】一、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。老師向?qū)W生展示“自制照相機模型”（先把鏡頭拿下）再告訴學(xué)生，這是“照 相機模型”，學(xué)生不解

27、，再問學(xué)生：為什么看不到像，還差點什么？老師把鏡頭 凸透鏡拿出來，裝上去，讓學(xué)生觀察。接著引出課題：怎樣才能做出一臺“照 相機模型”呢？我們就要知道鏡頭凸透鏡的有關(guān)成像的規(guī)律。提出猜想，設(shè)計實驗。首先引導(dǎo)學(xué)生提出關(guān)注的問題：什么時候成正立放大的像？什么時候成倒立 縮小的像？什么時候又成倒立放大的像？接著，介紹物距（u）：物體到透鏡的距離；像距（V）:像到透鏡的距離；實像：能在光屏上呈現(xiàn)的像，它是由實際 光線會聚而成的。（也可用眼睛觀察到）虛像：不能呈現(xiàn)在光屏上的像，只能用 眼睛觀察到。然后，引導(dǎo)學(xué)生討論、根據(jù)實驗器材設(shè)計出實驗方案：（1）測凸透鏡焦距的方法；（2）本實驗中得到各種不同像時的物距

28、、像距分別與焦距之 間的關(guān)系。（如圖13）并強調(diào)調(diào)整透鏡、光屏的高度，使凸透鏡、光屏和 LED 板上F的中心大致在同一高度。（圖13.探究凸透鏡成像的規(guī)律的實驗器材）第9頁共11頁說明：（1）用F形LED光源（替代蠟燭）。 在本學(xué)生實驗中，該光源的位置始終固定在透鏡的主光軸上，而且該光源 也不會受風(fēng)的影響而晃動或改變大小，因而避免了由于蠟燭燃燒變短、燭焰晃動 等因素給實驗帶來的不利影響，使光屏上所形成的像更加清晰、穩(wěn)定，從而減小 了實驗誤差； 使用蠟燭時，燭焰所成的像可以使學(xué)生非常直觀地得出蠟燭成上下倒立的實像，但卻不能觀察所成的像也是左右倒立的特點。由于該光源為F形，從光屏上所成的像可以直觀

29、地觀察到，像的左右也是倒立的，這樣在實驗的過程中就能 糾正學(xué)生那種片面地認(rèn)識，即凸透鏡成實像時只是上下倒立的錯誤觀點。 該光源還具有安全可靠、可重復(fù)使用的特點。（2）外加刻度尺一把，便于測量像的大小。三、仿真模擬，感知操作。學(xué)生在計算機上通過運行“幾何光學(xué)”仿真模擬實驗軟件，進行模擬操作， 并對像的大小、物距、像距、實像、虛像等名詞進一步熟悉。相關(guān)操作截屏如下 圖 14-18。第#頁共11頁圖 14.uf圖 15.u=f圖 16.fu2f【第二課時】一、動手實驗，發(fā)現(xiàn)規(guī)律1學(xué)生進行分組實驗，教師巡回指導(dǎo)，督促他們及時記下各種數(shù)據(jù)，給有困 難的學(xué)生適當(dāng)?shù)膸椭c提示。2針對記錄的各種數(shù)據(jù)，進行歸納

30、總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律：先分小組討論 一會兒，小組間互相交流；每小組推薦一位同學(xué)進行班級交流； 教師進行小結(jié)成 像的規(guī)律；3教師提問：如何來檢驗我們得出的結(jié)論是否正確？4.換另一焦距的凸透鏡，重復(fù)上述實驗，驗證得出的規(guī)律與重復(fù)實驗的結(jié)果 是否相符。5針對驗證實驗進行交流，實驗中發(fā)現(xiàn)的新問題：凸透鏡成實像與虛像的分 界點在哪兒？凸透鏡成放大像與縮小像的分界點在哪兒？什么情況下，像與物在凸透鏡兩側(cè)？什么情況下像與物在凸透鏡同側(cè)？當(dāng)凸透鏡成實像時，隨著物距的減小，像距是怎樣變化的？像距與焦距間有什么關(guān)系？討論把凸透鏡擋住一半， 像有無變化；像的亮暗有無變化等。6.展示教師歸納總結(jié)出的凸透鏡成像規(guī)律，

31、見下表 3。表3.凸透鏡成像規(guī)律物距像的性質(zhì)物、像與 透鏡的 位置像距光屏能否接收到備注u正立還是倒立放大還是縮小實像還是虛像vu2f倒立縮小實像異側(cè)fv2f能u=2f倒立等大實像異側(cè)v=2f能像放大 與縮小 的分界 占 八、fu2f能u=f不成像實像與 虛像的 分界點uu不能7.提冋：（1）通過今天的探究你知道照相機是利用的凸透鏡成像的哪個規(guī)律嗎?第#頁共11頁（2）你還能利用凸透鏡成像的規(guī)律做出哪些光學(xué)器件來為我們大家服務(wù)嗎？二、完成練習(xí)，拓展應(yīng)用1如圖A、E、C、D、E中成實像的點是（），成虛像的點是（）,成放大像的點是（），成縮小像的點是（），所成實像像距最遠的點是（）。2、小明同學(xué)在

32、實驗時，無論他怎么移動光屏，他都不能在光屏上看到燭焰 的像，你知道這是為什么嗎？3、一凸透鏡的焦距為10cm，把一物體放在其主光軸上，它離焦點的距離為 5cm，則物體的像是什么樣的？4、思考：（1）在實驗過程中，調(diào)出一個清晰的像，如果用不透明物體將凸透鏡遮蓋 做一部分，屏上的像有什么變化？（2）在實驗過程中，調(diào)出一個清晰的像，如果把物體在與主光軸垂直的平 面內(nèi)上、下或前后移動，屏上的像會怎樣移動？【評析】使用這款PhET仿真虛擬實驗軟件，既降低了實驗時的難度，也為 成像規(guī)律的順利得出奠定了一定的基礎(chǔ)。這款軟件還可以改變凸透鏡的曲率半 徑、折射率和直徑，以改變凸透鏡的焦距；改變不同的物體；增加光點；使得結(jié) 論的得出更具有說服力。通過實驗教學(xué)與 PhET的整合，使得抽象的光線變得形 象，通過自由調(diào)節(jié)物距，就可以看到不斷變化的像，減輕了學(xué)生在實際實驗時需 要不斷調(diào)節(jié)三者距離的麻煩，起到了化難為易、化抽象為具體的重要作用；另一 方面，綜合利用形、畫，同時作用與學(xué)生感官，既有利于學(xué)生表象的形成，也有 利于知識的獲取和鞏固。（四）課后獨立探究隨著新的課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實施，越來越體現(xiàn)出研究性學(xué)習(xí)在科學(xué)課程中的 重要性。研究性學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生在真實情景中的主動探究， 但在實際教學(xué)中，由于 教學(xué)條件和學(xué)習(xí)時間、空間的限制，