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[信真模拟技术与物理竞赛的整合初探] 2017高中物理竞赛题目

来源:教学设计 发布时间:2019-06-21 04:22:35 点击:

  【摘 要】随着计算机技术的发展,其分支——仿真模拟技术已运用于生活的各个方面,将仿真模拟技术与中学物理竞赛结合起来,具有重大的意义。本文将采用实证分析法,以某次物理竞赛初三组的仿真模拟题目为实例,在使用的仿真模拟平台,仿真模拟技术优劣势以及在多大程度上符合现代素质教育各种理念等方面进行分析,并提出一种加入了仿真模拟技术的物理竞赛的命题框架,使仿真模拟技术能发挥出最大优势,克服劣势,并符合现代教育的理念。
  【关键词】仿真模拟技术 命题框架 物理竞赛题目
  【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)04-0141-02
  一 问题的发现与提出
  传统的中学生物理竞赛,其命题规则为:在充分研究中学物理教材的基础上,结合学生的日常习题,适当提高题目的难度和灵活性,着重考查学生的知识掌握、灵活思维与解题能力。但随着时间的推移,今天,在日益倡导中学生素质教育的情况下,单纯的就学生能力考查的物理竞赛题目已远远不能满足要求。当代的物理竞赛题目,结合了先进的仿真模拟技术,在达到传统题目考查学生知识方面的能力后,如何提高学生的素质、如何促使学生的自主性思考、如何加强学生物理修养等都是急需我们思考和解决的问题。
  二 实证分析
  1.某次中学物理竞赛初三组题目“用滑动变阻器控制一盏灯”
  在仿真模拟实验室中用一只滑动变阻器控制一盏灯,要求在向同一个方向推动滑动变阻器的过程中,这盏灯由亮逐渐变暗,再由暗逐渐变亮。
  器材:2.5V的灯泡1个、滑动变阻器1个、2.5V的电源、开关、导线。
  平台:南京金华科仿真物理实验室电学模块。
  要求:在试卷上画出电路图,并且简要地对实验原理进行说明。然后在仿真模拟实验室上连接电路进行操作,操作完后请保存所连接的电路。
  2.针对题目的评析
  针对本题,我想从以下几个方面做评析:(1)仿真模拟实验平台的评析;(2)仿真模拟实验的仿真性。
  用金华科仿真物理实验室电学模块打开竞赛任意一个学生的答卷,情况如下:
  用一只滑动变阻器控制一盏灯,要求在向一个方向推动滑动变阻器滑臂的过程中,这盏灯由亮逐渐变暗,再逐渐变亮。
  器材:2.5V的灯泡1个、滑动变阻器1个、2.5V的电源、开关、导线。
  我们暂且不论这位同学答题正确与否,我在对这个仿真模拟平台的操作上,发现其中的元件并没有表明它们本身的工作电压、电流以及功率,题目上要求选择2.5V的灯泡,平台上只提供了一种灯泡,并不知道它的工作电压是否是2.5V。对于电源来讲,也是一样,仿真实验室中提供了几种电源,只有干电池(1.5V)和一个标注9V的电源外,我们不知道其他电源的电压。当实验电路连接好时,如右下图,它的滑动变阻器已经短路,那么在真实物理环境中,这个小灯泡的灯丝就会融化,灯在发出一阵强光后,就会熄灭。但在这个仿真平台上却没有这样的物理情境演示。而且,以上仪器只是像一幅画一样,是不可以操作的。
  综上所述,我认为就这个实验平台来说,有几点需要改进:(1)各种物理元件的种类应足,或者对元件的各种参数可以自行编辑;(2)对于设计好的物理实验,可以像编程一样进行调试和运行。我记得在大三学习“数字电路与模拟电路”时,用过一种软件,各种器件很齐全,而且连接好电路时,可以运行。
  本题的题目只是一个很简单的电学实验。对题目的评析主要有以下几方面:
  第一,仿真模拟实验的优势方面。首先,仿真模拟相对于传统实验是可以不受时空的限制,但在本题的设置上,并没有利用好这一优势。使用电源、导线、开关加上一个滑动变阻器实现对灯泡的控制,在当下任何一个普通物理实验室都可以用真实的物理元件进行实验。其次,2.5V的电压根本对人体造不成伤害,所以仿真模拟实验在安全性上的优势也没有体现。最后,实验成本,对于本题,使用仿真模拟,固然可以节约成本,但如果使用真实物理元件,成本也很低,两者相比,仿真模拟的优势没有得到体现。
  第二,题目命题对学生物理修养方面的提高。本题的题目设置,很明显是一道很简单的电学实验题,除了考查学生的基本知识掌握和思维敏捷度之外,并没有让学生的自主探索和求知欲有所加强,也没有让学生通过做题对物理学史或物理学发展有一个了解,总的来说,学生通过做此题,并没有加强他们的物理修养。
  第三,对本次物理竞赛题目的评析、总结。此次所出的题目,较好地克服了仿真模拟实验的劣势,但并没有利用好仿真模拟技术的优势,也不符合现代素质教育的要求,没有提高学生的物理修养。
  三 解决方法初探
  针对以上情况,我认为出题人必须考虑出什么样的题目以及如何对各种答题介质进行组合,能发挥仿真模拟的优势,同时克服它的缺陷。
  为了能让学生通过做题物理修养有所提高,结合仿真模拟技术的优势,可以让学生在仿真模拟实验室中再现物理学史上各次著名实验,对科学家的探索精神和灵活思维有所了解,培养学生正确的价值观与自主探索能力。
  针对以上分析,下面附上我尝试出的几道例题:
  范例1:在亚里士多德年代,人们普遍相信平时所见的可见白光是一种纯净光,而彩色光是混合光。1666年,牛顿用三棱镜研究日光,得出结论:白光是由不同颜色的光混合而成。发现了白光的本质,改变了人们一直以来的错误认识,现请同学们在仿真模拟实验室中再现牛顿当时的实验。
  器材:三棱镜、电光源(白光)。
  平台:南京金华仿真物理实验室光学模块。
  要求:在仿真模拟实验室中作出光的色散现象,在答题纸上说明实验的原理。
  范例2:为了证明地球在自转,法国物理学家傅科(1819~1868)于1851年做了一次成功的摆动实验,傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行,摆长67米,摆锤重28公斤,悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大,因而基本不受地球自转影响而自行摆动,并且摆动时间很长。在傅科摆实验中,人们看到,摆动过程中摆动轨迹并不是一条直线,而摆动方向在不断变化。请同学们在仿真模拟实验室中再现这个实验。
  器材:单摆、沙漏。
  平台:南京金华仿真物理实验室初中模块。
  要求:在仿真模拟实验室中组装好实验仪器,并作出摆动轨迹(俯视图),在答题纸上写出造成这种摆动轨迹的原因。
  以上两道例题,是我结合初三物理教材以及奥赛物理题目,考虑到加强学生物理修养,针对仿真模拟实验的优劣势所编制,当然有考虑不到的地方,仅供参考。
  从对于此次初三物理竞赛所设置的这道仿真模拟题目进行的评析中,我觉得可以很清晰地看到仿真模拟相对于试卷和传统实验的优劣势,将仿真模拟与纸质试卷结合,很大程度上弥补仿真模拟对实验原理考察的不足,通过对实验中注意事项以及各种实验仪器的使用原则的考察,可以在一定程度上弥补仿真模拟在动手性方面的弱点,但是,很明显,仿真模拟不可能取代传统实验,关于仿真模拟技术的优势方面,我认为将仿真模拟技术与素质教育的物理命题方式结合,更能达到素质教育的目的。
  四 总结
  纵观全文,我们结合某次全国中学生数理化能力测试竞赛初三物理组的一道仿真模拟题目,一直在探讨如何将仿真模拟技术应用于物理竞赛中,怎样进行命题才能发挥出仿真模拟技术真正的优势,克服劣势,并提高学生的物理修养,此文仅是初步讨论。
  有鉴于此次仿真模拟题目是首次引进物理竞赛,所以相关的特别少,本文只是做了一个初步的探讨,希望起到一个抛砖引玉的作用,希望以后有更多的人在这方面深入研究。
  参考文献
  [1]义务教育标准实验教科书-九年级物理[M].北京:北京师范大学出版社,2008
  [2]北京市义务教育课程改革实验教材-物理全一册[M].北京:北京师范大学出版社,2008
  [3]阎金铎、郭玉英.中学物理新课程概论[M].:北京师范出版社,2008
  〔责任编辑:高照〕

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