时间：2023-02-13 07:09:13
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇中学物理论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：中学物理；课堂导入，情景导入
中图分类号：G633.6 文献标识码：B 文章编号：1006-5962（2013）07-0214-01
"中学物理课堂教学应将培养思维能力作为主要目标，物理课教学导入对目标的达成具有至关重要的意义：为学生提供问题情境，创设探究氛围，提炼思维方法，提供想象的时空，并为学生组织思维的素材，暗示或指向具体的教学内容，使学生创新思维能力的培养达到事半功倍的效果。" 可见课堂导入对一堂物理课教学的重要意义。
1中学物理课堂导入的定义和理论基础
"导"就是引导，"入"就是进入学习。导入技能就是指教师以教学内容为目标，在课堂教学的起始阶段，用巧妙的方法集中学生的注意力，激发学生求知欲，帮助学生明确学习目的，引导学生积极地进入到课堂的学习上来的教学活动方式。
1.1中学物理教学的理论基础。导入教学理论基础来自中外的启发式教学思想。如我国教育家孔子的"不愤不启、不悱不发"思想，杜威的"思维五步教学法"等都突出强调在教学过程中，引导、启发的重要性，这就成了今天课堂导入的理论来源。
1.2中学物理课堂导入要坚持的原则。课堂导入要根据学科特点，内容的不同和学生的认知程度要因地制宜，从实际出发。一般地说，中学物理课堂导入要做到：一是导入要具有针对性，要根据学生的实际情况，兴趣爱好和知识基础加以选择，使导入有较强的目的性；二是具有简洁操作性，导入要合理安排时间，"导入内容要与新课内容紧密相连，能揭示新旧知识联系的交点，使学生认识系统化。同时要注意课堂导入只是盛宴前的"小餐"，而不是一堂课的"正传"，所以时间应该紧凑得当，一般控制在2-5分钟之内，如超过则可能喧宾夺主。" 三是导入要具有吸引力、启发性。在中学课堂导入过程中，富有趣味的导入能够让学生很快进入状态，激发学生的学习欲望，起到进入课堂的作用。同时，有启发意义的提问，情境也能更好的开发学生的思维，想象力，为顺利教学提供条件。
2中学物理情境导入法的使用
在传统的物理教学过程中，忽略学生发展本体，重认知，轻情感，重结果，轻过程是普遍存在的现象。在物理教学过程中，模拟情境被忽略，教学重点偏向知识本位。中学物理教师要善于运用情境，激发学生的学习兴趣，发掘探知学习的真谛。
2.1创造新鲜生动的演示情境，导入新课。在物理教材中，有大量直观、形象、生动的物理知识，教师要根据这一特点，精心设计出生动、新奇并贴近生活的演示情境，吸引学生的求知欲和注意力。比如在讲到"机械能守恒"的内容时，可以设计较为"惊险"的环节：让物体在触碰身体的时候来回摆动，使得既惊险又刺激，整个课堂情绪高涨，为理论教学提供了好的开端。
2.2运用现代教育技术手段，声色具备，导入新课。随着中学硬件设施的不断完善，多媒体技术在中学的运用已经较为普遍。多媒体技术兼备图文并茂、动静结合、直观形象的优点，让学生进入一个轻松的课堂氛围中，吸引学生有效联想和探究物理知识的兴趣。
2.3创设趣味活动，导入新课。在物理课导入中，可以考虑使用小游戏、小典故、小故事的形式导入新课，使课堂教学的知识性、趣味性与一体，快乐教学，快乐学习。最典型的莫过于讲述万有引力定律，可以让学生学习牛顿的样子坐在前面，思考苹果落地的情景。并引出"为什么苹果会落地，月亮怎么还在头顶呢？"不仅场面生动、活波，而且学习易于进入状态，思考问题。
3中学物理悬疑式导入法
中学物理悬疑式导入一般包括悬疑问题的设置，在学生学习过程中去发现问题，探究问题，在探究过后要回到问题本身这样的导入形式。
3.1悬疑问题的提出。即诱发学生问题的提出，中学物理教师要创设悬疑情境，引导学生在原有知识基础上对问题形成初步判断。注意在悬疑问题提出的过程中，既要考虑到问题的可探究性，也要把握好问题的难度，反正问题过难，挫伤学生探知的积极性。
3.2悬念的引导。"教师有计划、有目的地设置障碍或引发矛盾，激起学生好奇与期待的心情，让学生带着问题去思考，在思考中探索，在探索中领悟，从而引导学生循序渐进地进行新知识的学习，此阶段对应的教学原则是"强而弗抑"，由易到难、由浅入深设置问题或创设情境，对学生提出比较高的要求，但不要使学生灰心，使学生达到一种"心求通而未得，口欲言而弗能"的状态。"
3.3释疑，引导学生解决问题。让学生利用已有知识，层层解开谜底，既能让他们的好奇心得到满足，也能达到课堂教学的理想效果。在释疑过程中，要注意问题的难易，容易探究出来的，让学生自己解答，那些较困难的，需要老师细心引导，发掘，有时候要细致讲解，让学生不仅明白物理的表象，更要弄懂其本质特征。
45W2H法
"5W2H分析法又叫七何分析法，（1）why一原理是什么？（2）What一呈什么状态？（3）where-一从哪里入手？（4）when--与时空有何关系？（5）who一由谁来承担？（6）How一如何实施？How much--什么程度？如何提高效率？这种方法使得学生在教师给出的资料中自己寻找问题并进行探索，例如在物体的运动一节中，创设一个运动场景，让学生按5W2H法来分析运动的各个因素、环节及因果关系。通过对具体问题的分析，使学生的思维具有一定的系统性，从而掌握解决问题的方法和思路。"
在此方法运用过程中，需要学生具备一定的物理基础和相应的物理学习条件，包括物理实验室，物理运动器材等，在条件不好的学校，这种课堂导入法应用是有限的。
总之，以上是物理课教学中几种常用的导人方法，在实际的教学中，中学物理教师要根据实际情况有区别的使用。在课堂导入过程中，要本着导入为学生学习有利和课堂效果最大化的原则，切记导入不可本末倒置，以形式的东西代替了教学内容的理解。
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1. 中学物理课外活动的特点
（1）内容丰富多彩
中学物理课外活动的内容是相当丰富的，它可以围绕教材内容展开，也可以适当拓宽和加深教材知识；它可以自然界的物理现象为活动对象，也可将物理学在现代生活、科学技术和生产领域的应用作为内容；还可以物理学史和科学家的故事为线索，进行某些涉及物理实验并带有发明创造性质的活动。
（2）形式灵活多样
中学物理课外活动的组织形式大体分为三类：一是班级之间的群体性活动，如集体的参观活动，物理和科技的讲座报告，物理竞赛等。二是小组性的活动，如航模小组，电器安装小组，无线电小组，摄影小组，自制教具小组及小发明创造小组等。三是个别性的活动形式，如个别性的观察作业，小实验、小制作、写小论文等。
这些活动从性质上划分，大体上有趣味娱乐性、科学宣传性、研究探索性和竞赛性活动。从空间来看，可以在教室、实验室、操场、旅游途中等场所进行开展。
（3）自愿参加、独立性强
自愿是课外活动不同于课堂教学的一个特点，学生可以根据自己的兴趣、爱好和需要，选择一定的活动内容，这样就能使学生有更多的独立锻炼机会，在时间、空间、取材等方面有更多的自由度。因此，学生可以在教师引导下，从选题、取材、准备、阅读、制作、总结等方面充分发挥自己的独立性。
2. 中学物理课外活动的作用
（1）由于课外活动的内容极其丰富，而且与现代生活和科学技术有着密切联系。因此它能为学生课堂学习提供丰富的感性认识素材，从而为学生建立概念、认识规律奠定一定基础，并且为学生巩固、深化、灵活运用知识，创设学习的新阵地。还能从各领域开阔学生的知识面，使学生了解现代科学技术的新成就和发展的信息，从而使学生了解物理学的科学意义和社会意义，激发学生积极的学习动机。
目前新课改的教学理念已被众多教师接受，而且将新课改理念落实到中学课堂教学过程中，与实践融合到一起，并有效提高教学效率和教学质量。新课改理念的实施对培养创新性人才具有不可或缺的作用。笔者从情感融入、教师素养培养、德育教育及中学教学与大学的衔接四个方面具体阐述如何在将新课改理念融入中学教学的过程中以优化中学物理教学。
一、情感融入
新课标中三维目标要求之一是情感态度与价值观。这一要求已经被多数人重视，在中学物理教学中充分将情感教育和物理教学有机结合，在物理教学中渗透情感教育，是高效完成教学的一个可靠保证。可以说，情感就像磁场里的磁一样，存在于每一节物理课堂教学中，深深地影响学生的认知活动。中学物理教学中，情感教育有疏导和迁移功能。一个优秀的教师往往是一个深受学生欢迎的教师。受学生欢迎的程度恰恰决定了这个教师授课的效果。如果不受学生欢迎，即使这个教师教学再好，其教学效果也会大打折扣。这说明，学生对教师的态度极易迁移到对这一门学科的学习行为上。
情感的融入对中学教学如此重要，那么如何在中学物理教学中渗透情感教育呢？关于此问题，笔者给出以下意见：1.积极营造和谐的课堂学习氛围；2.积极创建活力课堂营造教学情感氛围；3.积极引导学生进行体验学习；4.积极创设情境激发学生情感投入；5.师生充分进行互动增进情感。中学物理教学中为了有效渗透情感教育，促进教学活动的高效，首先要对渗透情感教育有深刻的认识：中学物理教学中，情感教育有疏导和迁移功能，以及情感感染功能和强大的强化功能。再施以一些教学策略，如：积极营造和谐的课堂；积极创建活力课堂，营造教学情感氛围；积极引导学生进行体验学习。教学中积极创设情境，激发学生的情感投入；师生充分进行互动，增进情感。这些都不失为好的方式，能有效促进中学物理课堂教学效率的提高。
二、教师自身素质培养
现代社会发展对教育的深刻影响，促使中学物理教学的改革和不断发展，素质教育赋予中学物理教学现代化更深刻的含义。从应试教育到素质教育，是中学物理教学从思想观念到内容、形式和方法的又一次更新和进步，是当前中学物理教学改革的一项艰巨任务。面向素质教育的中学物理教学对教师提出更高的要求，要求教师具有新的教学观、人才观和质量观；具有敬业精神、高尚的品德、扎实的专业知识、强实的教学能力，具有适应物理教学不断发展的能力。
三、德育教育
任何一门学科的课程内容及教学过程都有德育的功能。物理作为一门建立在实验基础之上的自然科学，基于其知识的精确性、可测性、客观性等特点，其中更是蕴含丰富的德育功能，可以用来培养学生的科学世界观、科学态度和道德情感、献身科学的精神和爱国主义精神、树立辩证唯物主义的思想观念等。当今时代，道德的滑坡、环境意识的淡薄、科学精神的日渐贫乏，人与人、人与社会及人与自然关系的失调，无不提醒大家：加强学校的德育工作刻不容缓，应该重视学科德育，挖掘一切教育因素中的德育功能，对学生进行全面的教育和引导。
教育既是育人又是育心，育心就是育德。在中学物理教学中对青少年进行德育渗透，不是凭朝夕之功就可完成的，它需要广大物理老师根据物理知识教学的特点，以课外活动为途径，以学习内容为载体，以教育心理学原理为依据，以渗透为主要形式，多摸索有效渗透德育的方法，激发他们的情感，唤起他们的责任感，并驱动他们的行为，从而实现德育目标。伴随着应试教育向素质教育的转轨，相信中学物理教学中对青少年进行德育渗透必定会结出累累硕果。
四、中学教学与大学的衔接
长期以来，我国物理教学研究重点主要放在对中学或者对大学物理教学理论的取舍上，注重的是阶段教学理论的研究。虽然有部分专家和学者意识到各阶段间物理教学衔接研究的重要性，但关于教学衔接研究的论文非常少，特别是中学、大学物理教学衔接的研究更是不多见。教学衔接是大学低年级的学生、老师必须面对的问题。无论是学生还是老师，如果处理不好，就会严重影响大学生的学习工作生活。在实际教学中，衔接主要包括哪些方面的内容、当今的低年级物理专业的大学生学习衔接情况怎么样、大学生如何从自身做好学习的衔接、大学老师应该怎样促进大学生的学习衔接、当今的大学物理教育是否能促进学生的学习衔接、是否能培养高素质的人才等方面，值得每一位大学物理教师和教育研究者关注。由此可见，中学、大学物理教学衔接的研究对于大学的物理教育乃至人才的培养都起着重要作用。
［关键词］新高考改革；中学物理教师；培养体系
一、引言
随着我国综合国力的不断提升，国家在教育事业发展的同时提出深入实施科教兴国战略和人才强国战略。然而在新高考改革后，因为物理课程难度比较大，部分地方很多高中学生不愿意选考物理，导致对物理学习的重视程度下降。如果物理基础打不好，对大学理工等学科的学习会有严重影响。因为很多物理规律，在自然科学领域和社会科学领域都具有普适性，这不仅涉及我国的科学发展和科技创新，更关系到科技人才的培养和人才素质的提升。在此背景下，我们需要加强物理教师队伍的建设，通过提高教师专业素养和团队素质，全面优化创新人才培养模式。因此，中学物理优秀教师的培养显得尤为重要，学校需要贯彻实施国家的教育方针和教育纲要，依托“三位一体”的人才培养模式，结合物理学科的特点，分析教师团队的现状，制定改革策略。通过有效的运作模式、专业化的理论基础和实践成效，为物理教师的专业成长和团队建设提供参考[1]。
二、新高考改革下中学物理优秀教师培养建设的内涵
（一）贯彻落实“三位一体”的理论精神
“三位一体”是指地方政府、高校、中学联合组织的专业教师成长机制，是根据地方实际情况、中学教学实践和高校教育资源优势所构建的人才培养模式。在“三位一体”的理论政策指导下，集中三方资源优势通过协同育人，以共同培养和建设优秀教师团队为目标，搭建三方协作共同体，开展多种行之有效的合作项目。地方中学需要根据当地文件的精神要求，结合本地高校教育资源制订教师团队的建设模式。中学物理教师要根据中学阶段的课程标准、课程理念和课程改革机制，构建教师专业成长路径。通过三者的合力构建物理教师专业成长的新格局，作为创新性的教师培养模式。因此，在物理教师专业成长的过程中，中学可以根据地方教育部门的要求建设教学研究室、名师工作室，通过与当地高校合作开展教研项目、教育实践基地和教师培训基地等模式，打造高素质的人才团队，为提升中学物理教学质量创造条件[2]。
（二）展开“三位一体”教师培养的实践
“三位一体”为物理教师团队的构建奠定了理论基础。首先，地方教育部门应该对地区内的物理教师展开调查统计，根据物理教师分布的规律和结构特征，以中学为基地，有计划地组织中学开展学科教学活动、研究室教研活动、新教师实习和培训活动、实习生教育教学活动等。在教研活动中通过听课、说课、评课、赛课等形式加强物理教师的职业素养，同时在与同行沟通的过程中也能不断提升专业技艺，磨合理论知识。而中学应结合物理教学比赛、物理学科竞赛和上述活动与调研结果来制定人才培养体系和人才培养计划。发挥互联网平台的优势，借助特级名师、物理专家和学科骨干，有针对性地组织和引导青年教师进入人才层次提升计划。其次，中学物理教师可以通过参加学校组织的培训项目进入当地高等师范院校进一步深造，开阔视野，学习更高深的物理知识，并借助高校物理学科的平台和资源优势，学习高校先进的物理教育理念，并与当地高校建立交流合作机制，进行交流互动。利用区域性物理人才资源的集中优势，有效构建中学物理教师的共同成长机制。中学物理教师还可以在参加教育培训活动的过程中，激发对教育事业的热情，通过职业培训，提高对物理学的新认识，在共同研究中提高自身的教学研究和自主发展能力。
（三）中学物理优秀教师培养体系构建的优势
建设中学物理优秀教师培养体系的理论基础就是建构主义的教育学理论，在创新性的教师培养体系中，教师需要主动建构心理表征，通过主动学习新的知识来促进专业成长。这一过程通俗点来说，就是教师需要通过不断学习和调整，促进自身专业知识的成长。另外，教师还需要树立专业化、终身化的学习意识，建构主义认为，中学阶段教师想要提升自身的专业技能就需要不断与指导专家、教学名师进行切磋和沟通，并在切磋过程中吸取优秀教师的教学方法，以自己能够理解的方式进行新的整合，这种整合过程既是对自身经验和他人经验的整合，也是提高自身知识储备的过程。由于中学阶段学生处于成长的关键时期，因此，所学的物理知识经验、知识结构都需要有一定的层次性。而在创新性的教师培养体系中，中学物理教师可以接触不同知识经验、不同思维方式和不同专业层次的物理优秀教师，通过与优秀教师的相互沟通和技艺切磋，达到优势互补。在模仿和学习的基础上进行创新创造，通过集体的力量来促进自身的发展。俗话说单丝不成线、独木不成林，物理教师专业成长的过程，也不能仅仅通过自身的反思来进行，只有在群体中意识到自己的问题、思考他人的长处，在指导中成长、在示范和比较中发扬学习精神，才能让专业成长的过程更加快乐，效果更加显著。
三、教师团队建设的基础条件
（一）构建良好的学科教育研究氛围
在构建物理教师团队的过程中，需要鼓励广大物理教师进行教学研究和教学实践，除了必备的职业培训和教育实践活动之外，物理教师还需要养成经验加反思的习惯。定期根据物理教学平台研究学术性论文，获得创新性的物理思维，并以课程开发者的身份汇编和更改物理教材，根据新高考的要求进行内部复习教材、内部基础教材的创编。通过教材创编和教学研究活跃教研活动的内容，提高教研活动的层次性。工作室和研究组团队成员可以通过具体的物理研究项目，在情境中进行示范，让物理教师的专业素养和品格得到更有效的发展[3]。
（二）形成教学相长的多赢格局
对物理教师的培养不能仅存在于理论知识上，而是应该让中学物理教师通过实践来验证问题思路是否正确。因此，在培训过程中，需要遵循启发性原则和实践操作性原则，通过构建在理论基础上的实践运作方式，为物理教师的实践提供启发。教师可以亲自动手，在实践中观察学生的反应，训练自身的教学能力，思考自身教学过程中的不足，获得新的知识和经验，并将其他教师在教学过程中的经验融入自身知识结构中，使教师之间的合作发挥更大的作用。
（三）对青年教师培养
目前，由于教育事业发展的需要，很多青年教师进入中学教学队伍，因此，在对物理教师团队进行培养的过程中，可以优先培养青年教师，发挥青年教师的创新意识。通过为青年教师创办各种教学比赛和教学研讨活动，展开青蓝工程等以老带新活动，让老教师学习新教师的教育思想和教育理念，让新教师传承老教师的教学方法、教学经验和教学态度。通过双向的互动进行教育教学的指导和研究，根据中学阶段物理教学的内容，学校可以对接重点师范院校，与高校进行一级合作，在学生毕业之后进行重点跟踪培养，并在校内展开对刚走上工作岗位的青年教师的指导和培训。通过有计划的规范性指导，形成一体化的培养策略，提升青年教师的教学经验和教学实践技能，让青年教师在观察、实践、思考、总结中不断成长。
四、物理教师培养体系建设
（一）教师品格的促进
教师品格是教师的基本素养，当下仍不时发生教师体罚学生的事件，这从侧面印证了教师培养体系的建设需要落实到教师品格素养的培养上。因此，在构建教师队伍的过程中，首先需要将立德树人的根本任务理念植入教师的思想中去，让教师明确立德树人对学生、对教育工作的重要意义，并让教师将立德树人的基本原则和理念运用到工作中，做“四有”好老师。物理作为国家科技发展的基础学科，更需要教师团队树立责任意识，因此，需要让物理教师认识到物理学对国家科技发展的意义，并养成高尚的职业道德和职业认同，通过认真教学、认真钻研物理学科知识，为国家发展做贡献。另外，物理教师需要在培训的过程中进行积极的合作和探究，养成爱岗敬业和开拓创新、团结协作的个性品质，为学生树立好榜样。
（二）理论知识的丰富物理教师想要提高教学质量，首先需要具有丰富的知识储备。因此，在对教师进行培训的过程中，需要帮助教师拓宽学科视野，诸如将FAST射电望远镜、嫦娥五号月球登陆器、天问一号火星探测器、北斗系统、量子通信科技等我国先进的物理科技研究及时汇总到工作材料中，通过让老师提高认识，进而将这些知识教授给学生，让学生了解到物理不是个抽象的事物，而是和我们的生活息息相关的学科，激励学生更加努力学习，将来为国家做出更大的贡献。这也是融入课程思政的内容和重要抓手。同时，通过融合其他学科的教师，帮助物理教师了解本学科与其他学科之间的联系。在具备扎实物理专业知识的基础上，拓展人文与科学素养。另外，在培训物理教师的过程中还需要帮助教师展开一些实践性的知识，如教育实践理论、中学物理教育理论、现代教育信息技术等，使物理教师全方位发展。
（三）教学技能的熟练
在物理教师培养体系的建设过程中，教学技能是要求最高，也是最核心的一项技能。在日常工作中，物理教师的教学技能高低直接决定学生是否热爱物理学科，是否能高效熟练地掌握课堂学习的物理知识。因此，在新高考政策的背景下，物理教师需要利用人才培养模式，在实践中熟练地掌握教学技能，并形成自己的教学风格。一般来讲，教学技能包括教学组织能力、课堂管理能力、教学过程中物理知识的运用方式和对学生的评价方式，培养项目可以从这四个方面不断训练教学技能，通过熟练地运用教学技能，物理教师将物理知识深入浅出地展现给学生。教师利用丰富的专业知识和风趣的教学语言让学生乐于接受物理知识、善于思考物理现象。在培养体系中，物理教师可以通过课堂教学、公开课、教学评比、教学比赛四个方面来磨炼教学技艺。在课堂教学的过程中，教师可以根据自己的教案和实际讲解情况、学生的接受程度来反思教案设置是否合理，并在不断地反思和实践中提高教学组织能力。在公开课讲述过程中，教师可以邀请优秀物理教师、教研组长等进行评讲活动，通过他人对自身讲课过程的评价，有效调整课堂环节中师生互动、课堂管理的内容。在教学评比中，物理教师可以通过理论性和实践性的评比，掌握自身的优势与不足，并扬长补短。教学比赛一般是由专家组成的评价小组对教师进行评价，对物理教师在课堂各个环节都有一定的评价标准，教师可以根据专家的建议，审视与评价标准之间的差异，调整教学技能[4]。
（四）综合能力的提升
物理教师的综合能力包括语言组织能力、沟通交流能力、班级管理能力。在培养优秀的物理教师的过程中，需要按照这几个方面加强物理教师的综合素养。由于中学阶段物理需要开展一些实验，因此，在培训过程中还要对专业教师的动手实践能力进行评价和培养。目前，新课改倡导教师适应课程开发者的角色，因此，在建设培养体系的过程中，培养基地应对教师的课题研究能力和终身学习能力进行培养，通过提高物理教师对教育教学的研究能力，帮助物理教师进行教学创新。
五、结语
综上所述，为了更好地提高中学物理的教学质量，满足国家人才培养战略的要求，各地方可以构建“三位一体”的物理教师培养模式。通过集中区域物理教学资源，让教师在做中学、学中做，促进多方面提升，实现自身高素质发展，并在区域内形成一支充满活力的高素质物理教师团队。
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一 树立正确的新的课程观
物理新课程以培养科学素养为主要目标，以具有教育价值的物理知识为课程内容，充分体现出“浅、宽、活、新”的设计思想和自主、合作、探究的学习要求。
物理课程的教学任务是要使学生获取实验事实、概念、定理、基本理论以及物理科学方法等方面的知识；发展学生的思维，培养学生独立获取和运用知识，观察和解释物理现象的能力；让学生体会到周围世界的物质性及其可认识性，体会到理论和实践的关系。在中学物理教学中要正确处理好学生、教师与教材的关系，以及教学方法、教学环境、仪器设备等因素间的矛盾，真正贯彻新课程的核心理念——“一切为了每一位学生的发展”，获得较高的教学效率。
二 注重自主学习和科学探究，实现学习方式多样化
一位教育家说过：“一位真正的教师不是在于直接教给学生真理，而是在于引导学生发现真理。”
长期以来，物理教学的主要形式就是教师讲解教科书以使学生掌握教科书的内容，形成了一种关系：教学时，教科书通过教师的咀嚼喂给学生，考试时教科书经过教师加工变为考题检查学生。新的教材，新的课程要求转变学生学习中的这种被动的学习态度，提倡自主探究与合作的学习方式，让学生成为学习的主人，教师在探究教学的过程中要立足与培养学生的独立性和自主性，引导他们质疑、调查和探究，学会在实践中学，在合作中会，教师要敢于“放”，让学生动脑、动手、动口，但“放”不意味着放任自流，而是科学的引导学生自觉的完成探究活动，当学生在探究中遇到困难时教师要予以指导。
例如：凸透镜成像规律一节中，新的教材的编写摒弃了以前“照方抓药”的教学方法，注意学习过程的探究互动，不是直接呈现所有的结论，结论以空白的形式留给学生自己完成，让学生通过亲身的实验探究成像规律，学生学会不是教师教的，而是通过自己的探究学会的，在体验和思考的过程中学生主动发现构建新的知识，这比硬塞给他们强百倍、千倍。
探究过程具有教育意义，一定要重视，教师要花大力气去组织探究活动的教学过程，让学生有明确的探究目标、科学的活动程序，让学生在教师的指导下很好的分工合作，记录、分析、描述都要实事求是，在讨论时鼓励学生的新发现、新见解或提出新一轮的探究问题。另外千万不要只关注结论的正确与否，甚至急于得出结论。重视探究过程是针对以前过分重视结论的情况提出的，应当注意不要走向另一个极端，变成只重过程而轻视结论，事实上，教学的结论也是教学所要达到的目的之一。
探究教学虽能很好的促使学生主体意识、能动性、独立性和创造性全面提升，但并不意味着所有的学习内容都需要用探究方式来进行。新的课程理念提倡使用包括接受式、探究式在内的多种学习方式，如讨论法、调查法、数据分析法、实验操作法等，教师在教学中可以根据学习内容灵活地应用多种教学方法，引导学生学生方式的转变。总之，“教学有法，教无定法”，一切有助于调动学生学习的自主性，让学生能够生动活泼地进行学习的策略和方法都应该得到提倡。
三 在生活，科学、技术、社会（STS）中进行物理教学
物理学是自然科学的一门基础学科，物理知识在学生的日常生活和科学技术、社会生活中都有广泛的应用，人类生活的每一个方面都与物理的进步息息相关。这就要求教学活动必须围绕着生活、科学、技术、社会来展开。
1.加强物理教学与生活、STS的联系
（1）关注现代物理科学技术的新科技、新成果、新动向。
如：纳米技术、超导体、激光、现代航天技术、现代信息技术等等。
（2）重视学习内容与家庭社会生活、生产实践的联系。
如：将电的知识与安全用电、安装照明电路、修理各种家用电器相联系；将浮力与潜水艇的浮沉相联系；将电磁波与现代通信相联系等等。
（3）关注一些社会重大问题。
如环境污染与环境保护、能源危机、燥声污染等等。
2.让生活、STS走进课堂，将课堂引向生活，引向社会
（1）带领学生走出学校，参观、采访工厂、农村、电站等，了解物理知识和科学技术在工农业生产中的实际应用，提高学生将所学知识应用与实践的能力。
（2）引导学生灵活运用多媒体通信工具搜集各种科技信息。如收看科技节目，阅读科技书刊，利用互连网查询、搜集最新的科技发展动态，扩展学生的视野，提高学生的科技意识。
（3）开展各种小发明、小实验、小制作活动，培养学生的创造意识和动手能力，使学生认识到搞科技发明高不可攀的神秘感，例如，引导学生利用废旧材料制作潜望镜、望远镜、指南针、潜水艇电磁继电器等实验仪器或模型；引导学生进行“纸锅烧水”，“烧不死的鱼”等小实验。
（4）举办各种物理知识讲座、介绍现代科技发展的最新动态，增强科技意识和社会责任感。如“人类的进步与环境的变化”、“人造地球卫星”、“中国的火箭”、“神州系列宇宙飞船”等。
（5）开展写小论文活动，引导学生将自己的小发明、小制作以及参观、实践活动中的所想写成小论文，培养学生的科技能力和写作意识。
真实的写出论文当中引用的文献是每个作者应该具备的素养，引用了他人的劳动成果又不列出参考文献这是剽窃或者抄袭他人作品的不良作风。下面是学术参考网的小编整理的关于物理接替论文参考文献，欢迎大家阅读赏析。
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论文摘要：运用现代化教育技术来辅助物理教学，可以化抽象为形象，化微观为宏观，化静态为动态，化不可操作为可操作，对学生理解知识难点，提高综合能力，推进素质教育具有重要意义。作为新世纪的中学物理教师，我们应该积极响应号召，潜心钻研现代教育技术，全面提高物理教学效率和教育教学水平。
新课程改革大大地推进了现代教育技术在各学科教学过程中的普遍应用，促进现代教育技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。另一方面，在教学实施中充分发挥现代教育技术的优势，能为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。
一、现代教学技术对中学物理教学的影响
1.1 现代教育手段和工具能使教学过程更加直观
现代教育技术能够实现由抽象到具体的转变。比如，对于学生难以理解的内容，我们可以在网络上寻找相关的内容，或制作相应的课件，让学生从声音、图像全方位的感受，如置身其景，直观地理解和掌握所学的内容。应用现代教育技术可以实现动与静的相互转化，在物理教学中，很多物理现象出现的时间非常短，学生还没有看清楚，该过程就已经结束，许多学生就理解不了其中的本质，给教学带来了难度。应用现代教育技术能够实现从微观向宏观转移。由于条件限制，物理教学中有些物理现象在课堂教学中无法去演示，学生只能从理论上了解，也记不住。这时，我们可以借助多媒体的三维动画进行动态的模拟演示。
1.2 逼真地设计物理模型
物理现象中有很多是抽象的，但利用计算机的模拟，我们可以把一个原本无法看到或难理解的现象呈现到学生的面前。如在“电流”的教学中，因为电流既看不见，也摸不着，但可以用课件模拟水流的情景，演示电流的流向。又如在解释“浮力”的产生教学中，设想一个正方体小木块浸没在水中，它的6个表面都受到水的压力，它的左右两侧面、前后两侧面，受到的压力都是大小相等、方向相反，互相平衡，只有上下两面由于深度不同，受到的压强大小不同，压力也因而不相等。浮力的产生是由下表面受到水的向上的压力和上表面受到水的向下的压力差，但如果使用语言和文字向学生讲授向上和向下压力差时，学生理解起来比较抽象，难懂，对整个过程反映比较茫然。而通过课件以动画的形式慢镜头表示前、后、左、右的压强、压力相等，小木块保持不动，但加载上、下表面压强、压力时，小木块慢慢向上移动。活泼的动画效果、直观的图形，快速有效地激发了学生的学习兴趣，收到了良好的教学效果，同时为讲授下一节阿基米德原理做好理论基础，而这一切都是传统教学很难做得到的。
1.3 应用现代教育技术可以加大课堂的信息量
二十一世纪是信息时代，对于在学校里学习的学生，也应该培养处理大量信息的能力。因此在课堂教学中教师应该向学生提供更多的信息和资料，来扩展学生的知识面。由于使用了多媒体，就有时间讲解更多相关的知识和现实应用，引导他们理论联系实际，丰富了课堂内容。也能给学生时间复习巩固，优化了课堂教学，增加了课堂信息量。
二、如何利用现代教育技术提高中学物理教学效率
2.1 现代教育技术与学科课程的整合，应逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，因此课件制作重在创设情景i揭示问题。现代教学重视学生的自主学习，要求在教学中能充分体现学生的主体地位，因此“问题探究法”得到了广泛应用。所谓“问题探究法”是指通过创设一定具有挑战性的问题情景，与学生原有的认知结构发生冲突，激起学生的探究意识，促使学生积极主动地学习的教学方法。因此在多媒体课件的设计与制作过程中，在追求艺术美感的同时，更应力求能展示问题情景，给学生以悬念，激发学生问题探究的动机和欲望。
2.2 利用现代教育技术进行实验教学
物理是一门以实验为基础的自然科学，在物理的教学中，学生亲自动手操作，不但能达到理论联系实际的效果，而且可以通过实验发展学生的智力、培养学生的想象创造力、动手能力、思考能力。但传统的学生实验达不到这样的目的，而利用现代教育手段和工具进行教学，可以帮助学生手脑并用，发挥其想象力、创造力。如《物理》教材中“日食和月食的形成”、“小孔成像”等现象，通过课件形式展现给学生，既增加了课堂的趣味性，同时又加深了学生对知识的理解。
2.3 利用现代教育技术揭示问题本质，突破教学难点
物理概念及物理过程通常很抽象，难以理解.尽管物理教师想方设法从不同角度、用不同方法讲述，同学们领会起来仍觉难懂；采用演示实验，可以有效地解决不形象、不具体的问题，但由于一些具体条件的限制，演示实验做得不是很到位，或因演示效果观察度差等原因，给教师教学与学生学习带来一定的困难。而现代教育技术的发展及应用给物理教学带来很好的辅助工具，如实物投影仪、录像机、高速摄像机以及多媒体课件，它们以其综合处理信息的能力，利用直接投影(可放大缩小，放慢加快)、视频、图形、图像、声音、三维动画等表现形式，将一些枯燥、抽象、难以理解的概念，复杂的变化过程，形态各异的运动形式，宏观或微观世界，时间的延长或缩短，空间的变大或缩小等直接地展示在学生面前，所呈现的内容真实、生动、极富表现力，很容易引起学生的兴趣和注意，从而能有效调动学生的各种感觉器官，增强学生的记忆能力与理解能力，提高教学质量。
总之，利用现代教学技术提高物理教学效率，并不是简单、单纯地运用多媒体进行教学，而是必须精心设计每一个物理情景的呈现方式、呈现的层次、呈现的切入点等等，通过现代教育技术，将学生认为抽象、难理解的物理问题，难以想象的物理图像，有目的、有步骤、分层次动态展示出来，从而深化学生对问题的理解和认识，这样才能利用现代教育技术，最大程度的提高教学效率。
参考文献
在高中物理教学中，模型一直占有重要的地位，物理学科的研究对象是自然界物质的结构和最普遍的运动形式，对于那些纷繁复杂事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化的“模型”，这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理的简化。对模型进行深刻的研究和分析，掌握模型的基本规律后，就相当于掌握了一个模块，利用一个一个这样的模块，就可以构建复杂的物理问题，反之，复杂的物理问题也可以由此得解。因此，无论问题情景多么新颖多变、或是与日常生活密切联系的实际问题，都可以归结为学生熟悉的物理模型。比如：运动员的跳水问题是一个“竖直上抛”运动的物理模型；人体心脏收缩使血液在血管中流动可简化为一个“做功”的模型等等。由于物理模型是同类通性问题的本质体现和核心归整，长期以来，建立物理模型的方法一直是中学物理教学的重要内容之一，它对提高课堂效率、培养学生能力起到一定的作用。
教学改革是一个不断推陈出新的过程，随着形势的发展，旧的矛盾解决了，新的矛盾又会产生。新的课程标准指出，高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础，其重点之一就是促进学生学习方式的变革。因此，高中物理教学中要实施新课程理念，必须在思想上树立“以人为本”的观念，课堂教学应该做到“化知识为德性，化理论为方法”。在新课程视野下，物理模型的教学的内容和功能也应有相应的的调整，它不能仅仅是一个传授物理知识的简单过程，更应该是一个贯穿物理思想方法的过程，教材中蕴涵的丰富的模型依然是对学生进行物理思想方法教育合适的载体，我们要重新审视物理模型的功能，开发物理模型新的功能及在新课程中的应用。
目前，在高中物理课堂教学中虽已重视了物理模型的教学作用，但许多教师还只停留在单纯地利用物理模型进行物理知识和技能的训练层面上，典型的教学模式往往是先由教师总结归纳出一些物理模型呈现给学生，让学生跟着教师的思路去理解，并辅以大量机械性训练。这样的课堂教学完全由教师主宰，忽视了学生的认知主体作用。学生往往只会识别已接触过的模型，不会辨别未遇到过的情景，更不会自己建立模型、解决问题。这造成了学生不重视构建物理模型的过程，更多的是运用形象思维方式，只记住物理模型的静态结论，生搬硬套。
本课题研究的主要现实意义就是：改变物理模型脱离学生认知规律和新课程要求的状况，把物理模型放在问题中，放到现实中，放到一定的情景中，由学生感知、体验模型的建立过程，使物理模型在课堂中灵动起来，为学生提供探索物理规律并解决物理问题的有效途径。
“模型教学”是本课题组成员在多年的教学实践中总结、创立的教学式样，是在物理课堂教学中以典型物理模型的引入、构建、应用串联高中物理主要课程内容的教学模式，它具有以下特点：打破了原先以书本知识单一线索发展的学习模式，在“物理模型”的平台上有机地综合了新课程理念下的“引导探索掌握”、“自主学习法”、“研究性学习”、“合作学习”、“实验探索”、“综合实践活动”等教学方法，通过这种综合，使物理教学凸现能力的培养、创新精神的培养，突出了物理学习中应有的体验与感悟过程，可以大大提高教学的效率。“模型教学”还有助于学生体会众多像“简谐运动”这样简单、和谐、统一、对称的，充满美的物理模型，可以激发学生的学习兴趣，加深对物理知识的理解和物理内涵的领悟。
二、国内外关于同类课题的研究综述
1、物理“模型教学”的理论基础
在国际教育改革的探索中，建构主义的理论越来越受到重视。它是认知主义中学习理论的一个重要分支，是在认知主义基础上发展而来，同时又吸收了人本主义的一些要素，成为后现代思潮中教育理论和实际教学的指导性理论，物理“模型教学”正是在建构主义理论的指导下形成的。建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传授获得的，是学习者在一定的情景下，借助于其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式获得的。
基于建构主义的“模型教学”对教和学提出了一些新的要求，例如：一是要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；二是要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者；三是要求教学过程使用全新的教育思想、教学模式、教学方法、教学设计等。为了发挥学生的主动性、积极性，相应的教学设计主要围绕“学习策略”和“学习环境”两个方面进行。前者是整个教学设计的核心——通过各种学习策略激发学生去主动建构物理模型；后者则是注重模型建立的过程，强调模型的立体面，旨在提高学生的科学素质，掌握物理学主要思想方法，为学生终身学习打下基础。
2、国内同类课题研究现状
现在国内有关物理模型的研究范畴和着眼点更多地局限于单一知识板块，如发表在《中学物理教学参考》上的论文“子弹打击木块的模型及其应用”、“两个模型同一规律”、“汽车启动两个模型刍议”等等，这类研究已涉及到众多模型的建立与应用，被许多一线物理教师用来整合学科知识，大大提高了学生解决问题的效率，但各物理模型呈现出无序状态，没有形成系统，学生只是照着老师的模型去简单套用，以致出现条件一旦有所变化时无法识别模型。在总结与对比的过程中，我们逐渐确立了在他人研究的基础上完善物理模型在教学中的应用研究，建立一种扬长避短的模式——物理“模型教学”，努力做到既能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生的认知主体作用，既注意教师的教，又注意学生的学，把教师和学生两方面的主动性和积极性都调动起来，优化教学过程和学习效果，根据物理学科的教学任务、内容、学生的具体情况，运用典型的物理模型串联教学全过程，引导学生主动学习，培养学生创新能力。
三、课题研究的预期目标和内容
（一）研究目标
1、在已结题的2003年市重点规划课题“用物理模型链接物理知识、规律和能力”研究基础上，构建串联整个高中物理的系列典型模型。
2、寻求在新课程理论指导下，运用物理“模型教学”提高物理学科教学质量，培养学生创新能力的途径和方法，总结出一套行之有效的教学模式、学习模式，为传统的课堂教学注入新的活力，培养出具有较强建模能力、创新能力、物理学习成绩优良的学生群体。
3、为青年教师提供教学实践和科研的机会，培养提高年青教师教学业务能力。
4、取得一些有价值的教科研成果，包括教师论文、高中物理模型素材、实验研究报告等。
（二）研究的内容
1、收集大量有关的素材，为模型教学设计基本能覆盖高中物理课本的课堂教学案例。选取2012级高一年级的部分班级作为实验班，有计划、有步骤地将模型贯穿于课堂教学。做好实验前的调查研究工作，积累实验过程的各种资料及总结。
2、构建“建立基本模型—重组模型—创新模型”三个教学层次，形成一套操作性较强的实践体系。
物理建模活动本身就是一项创造性的思维活动，加强对常规模型的分析、探讨和挖掘是培养学生创新能力的根本，而创造性地进行“物理模型”的迁移和应用，不断激发灵感、探索方法，是创新能力的特质；升华、建立新的模型是“模型教学”的最高目标指向。当然，在高中物理教学阶段，受学生知识和能力、身心发展的限制，课堂教学活动主要围绕前两个层次进行，对于第三个层次“创新模型”，我们会安排充足的课外活动、兴趣小组、综合实践活动加以实践。
3、挖掘物理模型的综合功能
物理“模型教学”中蕴藏着丰富的学科教学资源、物理思想和方法，通过实践开发以物理模型为平台的探索性学习、自主学习、小组合作学习等等新的学习及体验方式，为学生生动主动地学习、创新能力的培养提供良好的氛围环境。
例如：在“单摆”的教学中，教师先用“引导探索总结”方式引导学生对影响单摆物理过程的诸多因素进行分析，总结出单摆的结构特征、动力学特征、运动学特征和能量特征，建立起常用的基本模型。这个过程要组织学生对基本模型所涉及到的物理量、物理过程、物理规律、物理方法深入讨论，加深学生对牛顿第二定律、机械能守恒定律等知识及规律的认识，同时也再次应用了圆周运动的模型。在后面的教学中通过“研究性学习”辨别单摆模型在各种情景中的具体表现，使学生对此模型建立起更丰富的感性认识，对头脑中的物理模型不断进行修正和建构，使这一模型不断充实、发展和完善，从而培养学生思维的正确性和深刻性。
当然，对学生这种能力的要求并非一朝一夕就能培养出来的，“模型教学”正是把这种建模意识贯穿在教学的始终，重视思维程序的建立和训练，循序渐进地启发引导学生，使学生逐步熟悉并掌握“物理模型”这种科学研究的思维方法，养成良好的思维品质，才能使构建物理模型的意识成为学生思考问题的方法与习惯，让学生在建立模型的过程中完成知识和能力的自洽。
4、利用物理模型开发课程的隐
科学对真理的追求同时也是对美和善的追求，所以物理课程也就有一定的拓展功能。利用物理模型教学可使学生在学习物理知识的同时自然而然地渗透了美育与德育。物理之美非常抽象，当我们在构建物理模型的时候，就使学生在头脑里构画了美丽的物理图景，而借助计算机模拟可以将物理模型描绘得更加直观这些图形本身就具有极高的美学价值，将这些物理之美呈现在课堂教学中就能帮助学生去发现美，欣赏美，进而去热爱美、追求美。
四、实施方法
1、学习法
新一轮高中新课程改革即将来临，作为教师，必须与时俱进，学习新的教育思想、转变观念、主动探索新的教育教学规律。
2、调查法
调查研究学生的完成初中学业后，对物理基础知识及基本方法（思维方法、研究方法、数学方法）掌握到何种程度，评估学生抽象思维的发展情况及学生建立物理模型的能力。
3、实验法
本课题在调查研究的基础上以实验法为主，探索实践有效的教学方法。
五、研究的操作步骤及人员分工
1、准备阶段（2012年7月-9月）
(1)召开相关教师座谈会,确定课题研究方向
(2)查找相关资料,收集各种信息,为课题研究提供理论依据
(3)请专家论证本课题的可行性，起草本课题的实验方案,申报课题
2、实施阶段(2012年9月-2013年7月)
(1)按计划实施本课题研究方案,边实施,边研究、边小结、边调整
(2)走出去、请进来，不断学习、取经，请专家指导，使本课题研究顺利进行
(3)定期开设观摩研讨课，推广总结本课题的经验及反思
(4)积累相关素材及资料，包括典型教学设计、优秀课堂教学录像、多媒体课件等
3、总结阶段（年7月-10月）
（1）整理归类相关资料
（2）撰写研究报告或论文
（3）邀请专家鉴定研究成果
4、人员分工：
丁萍：中学物理高级教师主持本课题的研究制定研究方案
校长助理兼教科室主任负责实验班实验任务
王莉红：中学物理二级教师承担物理模型的整理和完善工作负责物理模型课件制作
王慧萍：中学物理二级教师负责资料的收集及整理
六、课题研究的条件分析
1、初期研究成果
本课题负责人于年进行了市重点教育规划课题“用物理模型链接知识、规律和能力”的研究并取得了一定的成果，年顺利结题并获奖。在此课题中我们已调查、积累和总结学生学习过程中常遇到的问题和易错处，根据各个阶段学生的知识背景建立一系列对应的物理模型，在课题组主要成员多年教学积累的基础上系统地整理、编写出物理模型讲义一册，并在教学实践中加以应用。由于用物理模型贯穿高中物理教学全过程，链接各知识点、规律及能力，将物理知识及能力形成了一个网络，避免了以往教学中学生学习象猴子掰玉米，掰一个，掉一个，有效地帮助学生掌握了解题策略，提高了学习兴趣，培养了学生思维的能力，提高了教学的效率。
关键词：多媒体教学 辅助教学 思维特点
随着新课改的实施，中学物理教育更侧重于对学生综合素质的培养，不再是对枯燥理论知识点的过分追求。而现在大多数教师采用的仍然是板书教育的方式，在初升高的压力下，众多学校仍然对学生采取灌输知识的方法，而不是采用激起学生学习兴趣，促进学生自我学习的方法。
在科学技术高速发展的今天，计算机已经几乎普及，其中的办公软件也被众人所熟悉并使用，特别是其中的Powerpoint已经被广泛应用于大学教育中作为一种辅助教学手段，然而在中学教育中，特别是初中教育中很少使用多媒体技术进行教学，一般仅在教学竞赛和公开课的场合，才可以看见多媒体教学手段的身影。
多媒体技术为何没有在初中教学，特别是初中物理教学中得到应用，究其原因有多方面。（1）很多学校，特别是农村学校教学设备比较缺乏，多媒体教室较少；（2）部分教师安于现状，不愿尝试使用新的教学手段；（3）教师的计算机应用能力还需进一步提高，特别是一些老教师。
一、学科特点和多媒体教学手段特点
物理学科是一门实验科学，是一门严密的应用广泛的基础科学。它和实际的联系非常紧密，很多中学物理知识都可以通过活生生的实例得到说明。通过板书的教学方法展示实际活生生的实例在有些时候显得无力，学生理解起来比较困难。
多媒体可以接收外部图像、声音、录像及各种媒体信息，经计算机加工处理后以图片、文字、声音、动画等多种方式输出，实现输入输出方式的多元化。当多媒体手段应用在教学上，可以使学生的视觉，听觉达到很好的结合，同时利用声音、文字和图画的完美结合达到引起学生注意，激发学生学习兴趣的效果。
二、多媒体教学手段优点
综合多媒体教学手段的特点和物理学科的特点，可见它们之间能很好结合在一起，再同时结合传统教学手段达到最优的教学效果。多媒体教学手段在实际初中物理教学中应用，它可以达到好的效果。
1.多媒体技术展示板书和实验室实验所不能展示的内容
沪粤版九年级物理第13.1节中采用马拉车的实例来说明做功，然而实际实验不可能实现，板书当然更难说明，但是通过多媒体动画可以把整个过程完全的呈现给学生，并可以暂停在该过程中任何状态，从而给学生更加深刻的印象，加强对该知识点的理解。如下图1中所示：
图1 马拉车实例分析
2.多媒体技术可以放大物理现象
课堂实验可以很好直观的让学生理解物理知识点，生活中的实例也可以让学生从中领悟一些知识，但初中物理中总存在一些知识点需要学生的抽象思维才可以理解，特别是一些细化到原子和电子层次的知识，实际实验无法展现，也没有生活实例可以达到展现该现象的可能，但多媒体动画可以放大实验现象，使学生直观的了解该层面上的知识，如九年级物理关于电流一节中电流方向的学习。物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流方向，而实际中大多数电流的形成都由于带负电的自由电子定向移动形成的，两者方向相反。
图2 电子移动与电流方向
3.多媒体教学可以拓展知识面并有效利用课堂时间
多媒体在很多场合得到应用，均是由于其可以展示大容量知识的优点，即在通过多媒体展示图片，动画的同时，可以结合多媒体展示大量文字性内容的特点，介绍课本外的其他知识，拓展学生的知识面。
三、初中物理和高中物理教学多媒体技术应用异同
文献检索可以发现，网站和期刊均有关于多媒体教学手段与各学科教学的论文，但仔细看看几乎都是关于高中教学中多媒体技术应用的问题，关于初中物理教学中多媒体技术应用的论文几乎没有。多媒体教学手段在高中物理中应用和在初中物理中应用情况不一样，相信进行过两个阶段物理教学的老师都有体会，中学物理教学和高中物理教学应存在不同，主要体现在这两个阶段学生的情况不同，可以从以下方面进行理解：
1.注意力特点不同
初中学生相对于小学生有意注意持续时间长，但相对于高中生其有意注意时间短很多，初中生注意力一般最长能坚持20~35分钟，故在40分钟的课堂中，初中生基本上都不会在整节课中集中注意力，教师应根据该特点充分利用课堂时间，利用多媒体的声音，动画，图片等缓解学生的有意注意和引起学生的有意注意。
2.知识储备不同
众所周知，在九年义务教育中八年级的时候将会第一次开设物理课程，初中生从开始上学至今第一次接触物理知识，很多概念现象都是第一次接触，理解学习较为困难，然而高中学生在学习物理时已经经历了两年的初中物理的学习，很多基本概念现象均有所掌握，学习起来较初中学生容易。故在初中多媒体教学中应避免繁多的文字和公式对物理现象的描述，多以生动的图片，动画对物理现象进行阐述。
3.思维特点不同
随着人年龄的增长，每个人的逻辑思维和抽象思维等均在不断成熟，一般的初中生集中在13~16岁之间，该年龄段的学生逻辑思维和抽象思维能力均较差，初中物理中的很多现象都需要通过实际实例和教师的引导才容易理解，高中生一般逻辑思维和抽象思维已经较为成熟，通过文字的物理现象描述理解较容易。故大量的声音，动画结合的实例有利于初中学生获得直观物理现象的理解，在初中物理教学中应关注不同阶段学生思维特点给予相同内容不同角度和方法的展示。
4.接受能力不同
当高中物理教师来听初中物理教师课的时候，总会感觉一节课内容讲的很少，实际对于所有有初中物理教学经验的教师都知道，初中生的接受能力非常有限，内容多学生反而记不住，最后导致得不偿失，高中生会好很多，不管是从大脑的发育还是其他方面考虑，在40分钟的课堂中均可接受很多知识。多媒体技术的动画，图片效果可以对物理现象进行直观的描述，从而可以既让初中生掌握物理现象，也不必掌握太多文字知识，满足其接受能力不强的特点。虽然多媒体教学有众多好处，但作为一种教学辅助手段，对于初中生理解物理现象不能完全依赖该方法，对于课堂实验和板书教学不能解决的问题使用多媒体教学手段来解决，做到把板书教学、多媒体教学和课堂实验演示有机的结合起来，促进学生对物理现象的理解和掌握。
作者单位：
安徽省巢湖市含山县含山
第二中学
[关键词] 创新能力 创新思维 实验教学
物理学是以观察和实验为基础的自然科学,在培养学生创新能力方面具有明显的优势。然而传统的中学物理教学十分注重系统知识的传授,偏重物理学定理、定律的传授,轻视学生动手能力现象,对于学生创新能力的培养和研究还很不够。例如,传统的讲授法在中学物理教学中仍然占主导地位,激发学生自主思维、反映自由平等教学思想的教学方式虽然逐渐被越来越多的物理教学者接受,但是应用还不够广泛。另一方面,一些现代教学手段可以在视觉和听觉上给予学生对事物和现象更深刻的认识,但是由于条件水平限制,并不是所有的教师都有机会使用。同时,教学设施不够完善也是很多学校的一块硬伤,安装多媒体设备的教室太少、实验器材太少太陈旧、学生多教室少等问题在大部分学校普遍存在。教师在教学中也较少考虑如何培养学生的创新能力。
在我国基础教育由“接受性教育”转化为“创新性教育”的契机下,物理课必须将培养和形成学生创新意识以及创新能力作为教学的重要目标。教育是创新、传播和应用的主要基地,也是培养创新精神和创新人才的重要摇篮。
一、物理教学模式的创新
物理现象多种多样,有简单的,有复杂的,教学中针对不同的物理现象要采用不同的教学方法。比如,简单的物理现象,教师可以通过设计几个相关的思考题引导学生自学掌握。有些物理现象适用演示实验法,让学生通过观察获得感性认识,再在教师总结下由感性认识上升到理性认识。有些物理现象,学生认识和理解它十分困难,此时,要发挥教师主导作用,通过教师精心设计的演示实验,详细完整地进行理论分析,积极组织学生讨论,可使学生充分认识和理解这些物理现象。在教学中,应根据学生的实际情况,结合教材的特点,灵活地采用各种教学方法。同时,传统的教学思想偏重于学生的认知领域,强调以教师为中心,学生作为认知的主体,一直处于被动的地位。这种模式充分发挥了教师的主导作用,便于组织和管理,但压抑了学生主动学习的积极性,不利于学生的全面发展。现代教学思想下,传改进教学手段,有利于达到的更好教学效果。如采用多媒体手段教学,对中学物理教学有着不可替代的重大影响,多媒体教学由于其声音和图文并茂的特色,对于中学物理教学有着许多积极的作用。
二、物理教学内容的转变
1.加强物理学史的教育,激发创新意识
物理科学是一门实验科学,创新的思想来源于实践需要并最终受实践的检验。比如,教学中,让学生领会人类对光的本性的认识过程中,从牛顿的微粒说到菲涅耳的波动理论再到爱因斯坦光的波粒二象性的历史,对引导学生主动实践,敢于思考就具有重要的实际意义。
2.注重启发,调动创新思维
创新思维的形成,要经过从发散思维到集中思维,再从集中思维到发散思维的多次循环。在教学过程中,应注重创设轻松和谐的教学氛围,创设能引导学生主动参与的教育环境,激发学生的学习积极性,与学生积极互动,运用多种教学方法和手段,注重培养学生的独立性和自主性,引导学生质疑、调查、探究,从而培养学生的发散思维。启发的形式和方法是多种多样的,比如,运用直观启发方法、设疑启发方法、情景启发方法、类推启发方法等,着重问题的创设,提供氛围,让学生在实践活动中发现问题,着手解决问题,使学生成为学习的主人,教师则成为学生的“协作者”。通过上述种种灵活多样的启发方法,强化训练,能有效地提高学生的创新思维能力。
3.注重物理教学与实际相结合的研究性学习
研究性学习是学生在教师的指导下,从周围生活和社会生活中选择和确定研究课题,以类似于科学研究的方法主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。结合中学物理教学开展研究性学习,学生接触到大量的实际问题,学生在自主活动中,提高应用所学知识解决实际问题的能力。教师指导学生利用教材中的知识,通过社会调查活动,结合实际去解决生活和生产中的实际问题,学生通过到现场实地观察、调查来增加他们的科学知识与技能,增强他们的社会责任感。
三、改革实验教学
传统物理演示实验教学的目的是帮助学生获取物理知识,实验的设计和演示都是由教师完成的。实际上,较多演示实验中常常渗透了学生已涉及过的实验设计方法和技术。在进行这些演示实验教学时,教师应引导学生移植应用已学或教师提供的实验方法、技术设计物理实验,处理实验数据,从而培养学生移植应用实验方法、技术设计实验的能力。
1.掌握原理,创新实验方法
实验在物理教学中占有重要地位,现代实验教学是在教师指导下,运用实验手段,让学生观察自然现象的变化状态,从而获取感性知识,加深或扩大知识的广度和深度,培养学生科研能力和科学精神的教学方法。目前,很多学生在实验过程思考不多,最多是机械性操作,这只能提高学生对实验操作的熟练程度,但不能培养和锻炼创造精神和创新能力。只有吃透实验原理,才能在原理和方法上有所创新。比如,同一实验目的,可以选择不同的实验原理,从而创造出不同的实验情景和操作方法。这是学生实验教学中一种可供挖掘的创新因素,也是培养学生理论联系实际和创新能力的一个极好素材。
2.创新性的演示实验
教学过程中,教师的引导是发挥学生主体的重要因素,成功的教师之所以成功,是因为能把课教活,设计的教学活动应能拨动学生的心弦,激发学生的感情,调动学生的积极性,是教与学双方在教学活动中做到融洽的交流。教师引着学生走,学生也推着教师走,让学生参与教学过程,解决教学中的问题,从教学过程中发现学生的各种认识和思维,调动学生的积极主动性、发挥学生的潜能。例如,在“静摩擦力”的教学中,可以设计6个实验贯穿全课,首先演示设疑,使学生察觉摩擦力的存在,激起探究的兴趣,接下来用第二、第三两个实验探究静摩擦力的产生条件;第四个实验探究静摩擦力的大小和方向,最后用第五、第六个实验探究静摩擦力的特点。这些围绕教学目的,循序渐进地从演示设疑,分步研究到加深体验的一系列实验,环环入扣,强烈地吸引学生去探究以及发现,当最后完整地得出结论后,学生的主体性得到很好的发挥。
3.结合教材,培养学生设计实验能力
传统的实验教学大多是在教师指导下,学生按照设计好的实验步骤进行机械操作,这毫无疑问限制了学生的思维,而学生的创造力又是素质教育的主要内容之一,限制了学生思维很难谈培养学生的创新能力,因此需要进行改革,多提要求,少限思路,在探究中做物理实验。探究性学习是在好奇心的驱使下,以问题为导向展开的。此时,教师不再是物理实验的支配者,应当是物理学习的组织者、引导者、参与者,营造一种支持性的、宽容的、平等的课堂气氛,教师溶入学生中,一起成为研究者。实验时要结合教材,精心设计有针对性、启发性的问题,设置生活中学生非常熟悉,又好像暂时不能解答的问题,从生活走向物理,从物理走向社会。教师质疑了,学生就会感兴趣,大胆地猜想。
四、注重科学探究性教学
1.课堂内的探究活动
课堂内的探究活动主要由教师根据学生的认知水平和已有的知识基础,与学生一起精心设计探究方案,指导学生在课堂内按设计的计划进行。在实际教学时,有的教材内容所包含的探究性要素可能是不明显的,教师要努力挖掘教材中的探究性要素,使之显性化,从学生的实际知识和能力基础出发,来判定如何设计探究活动的过程。有时,教材内容对某个科学问题已设计好了一些探究环节,我们也完全可以不拘于教材的安排,从学生的实际情况、从教学仪器的配备等实际条件方面考虑,对科学性问题的探究进行“本土化”的处理。也可以自己设计一些可开展探究性学习的课题,锻炼和培养学生的探究能力和科学素养。例如在教材中,有的科学性问题的提出是由编者已经提出,学生直接进入猜想或实验环节。在实际的教学中,我们完全可以结合学生情况和自己的教学意图进行个性化处理。比如,凸透镜成像规律,可以先在教师的引导下观察利用凸透镜可以把窗外的景物成像在光屏上(使物体成缩小的像),再让学生在光具座上用蜡烛来成像,让学生随意调节蜡烛和凸透镜之间的距离,问学生可以看到几种像,问题提出后,学生积极动手实验,就会发现凸透镜不仅可以成缩小的像还可以成放大的像,有时候还找不到像了。学生自然就会提出新的问题:为什么凸透镜会成这么多种像呢?为什么有时候还找不到像?成不同的像的条件又是什么呢?只要学生真正深入到探究知识的过程,他们就会提出这样那样的问题。很好地激发学生的求知欲望。只要学生真正深入到探究知识的过程,他们就会提出这样那样的问题,很好地激发学生的求知欲望。为了提高学生的兴趣和锻炼学生的探究能力,在课堂上要给予学生充分的时间讨论、交流和实验。这些活动不要求学生一定得出科学性的结果,关键是在活动中让学生积极地参与,去体验科学探究的乐趣,领悟科学的思想和精神,锻炼提高学生的探究能力。实践证明,开始按教材学习物理知识时,先连续集中开展几次这样的探究活动,能使学生迅速地掌握探究性学习的基本步骤和方法,对以后的教学有很大的益处。
2.课堂外的探究活动
课外探究活动一般是在教师的指导下,主要由学生自主设计探究计划,学生主动开展。课外探究内容的选择,例如:开展科技小发明活动,指导学生阅读科普读物,撰写小论文,举办科普知识讲座,等等。
总之,作为基础教育的物理教学,在培养学生创新能力时,应结合学生的年龄特点和物理学科的特点,遵循认知规律,尽力创设问题情景,激发创造性思维的火花,尽力为学生营造创新氛围,让学生在自主学习中学会创新。用创造性的教学活动,培育出更多的具有创新能力的学生,为培养更多的创造型人才作出应有的贡献。
参考文献:
[1]孙世叶.浅析中学物理教学中学生创新思维能力的培养[J].科教文汇,2009,(6).
关键字：虚拟实验；中学物理教学；实验教学
Abstract: virtual reality technology because of its ability to generate lifelike 3 d virtual experimental scene, and that the user can and scene for real-time interactive, perception and the operation of the virtual object, make up the deficiency of the real experiment environment, the experimental teaching of the teaching content, teaching mode, teaching method to make innovation of exploration, make the teaching effect is better.
Key word: virtual experiment; The physics teaching; Experiment teaching
中图分类号:G632.3 文献标识码：A文章编号：
收稿日期：2011-11-21
基金项目：国家大学生创新性实验项目
作者简介：王刚，男，陕西安康人，陕西师范大学计算机科学学院2009级本科生；李葆华，男，陕西师范大学计算机科学学院，副教授。
一、引言
计算机技术和现代教育技术的迅速发展，伴随着中学课程的改革，虚拟实验技术的应用日益广泛。不断深化的教育教学改革对实验教学在培养学生科学研究能力和综合素质方面提出了更高的要求。实验教学的教学内容、教学模式、教学方法亟待革新和完善。中学物理是一门实践性很强的课程，实验是其中非常重要的一环。改革开放以来，我国对基础教育投入不够，致使很多中学的实验器材严重缺乏。而实物实验受环境、条件及准备不足等原因影响，实验效果也不理想。另外受场地、时间等诸多限制，学生做实物实验的机会很少。这对学生创新意识的培养及其不利。虚拟实验技术的成熟发展和实验教学改革的迫切需要使得虚拟实验在教学中的应用从理论研究走向了实际应用。
二、研究背景
（一） 问题提出
实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程标准、全面提高学生科学素养的重要途径，是中学物理教学的重要组成部分。一是因为物理学本身就是建立在实验基础上的学科，实验是物理学的学科性质；二是因为物理实验对促进学生理解、激发兴趣以及培养学生多种能力与科学素养方面具有重要的教育教学功能，对培养创新型人才起着重要的作用。“随着新一轮课程改革的开展，新课程理念的渗透，高中物理教学越来越重视学生对物理实验的理解，重视学生实验技能的提高，鼓励将多媒体技术应用在物理实验中，提倡用身边的普通物品做物理实验”[1]。
世界上许多发达国家重视物理实验的经验值得我们借鉴。“没有实验的课，不算是一堂成功的课”，这是德国物理教育界普遍流传的一种说法，德国的物理教师除了极少数的纯理论课没有演示实验外，一般每堂课都要做2-3个实验。美国物理课也普遍重视物理实验。每一节物理课教师至少要做一个演示实验，而且这些实验都是教师自己设计，所用器材也是自己动手制作的。日本的物理实验教学也非常活跃，学生课堂上动手操作量较大，有半数以上的课堂是在实验室度过的。大量的信息资料显示：国际物理教育界正在流行这样一种趋势，即衡量一堂物理课的好坏，很大程度上取决于这堂课中实验的数量和质量。
目前，我过传统物理实验课程面临严峻挑战伴随着教育教学改革的不断深化及国家对教育投入的持续增长，国内实验教学软硬件建设和装备条件都有了很大程度的改善，这些变化都为学校带来了难得的发展机遇。但传统实验教学在发展的同时也面临着严峻的挑战:
1、时间和空间的约束。不管何种类型的实验，实验教学都必须在指定的实验室中进行，否则根本无法进行。
2、有效的实验仪器数量严重不足。早期的基础建设投入不足加之仪器设备量少、陈旧并且维修周期长，给实验教学的正常开展设置了重重障碍，影响学习者动手能力的提高。
3、实验教学内容陈旧、教学手段比较落后。传统实验大都采取课堂教学的灌输方式，学生的依赖行为比较明显，不利于培养学生的创新能力，亦不能达到预期的实验效果。
随着计算机技术和虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术正逐步被引入到实验教学中。在基于虚拟现实的虚拟实验系统中，虚拟实验是指由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。虚拟实验有利降低实验成本;仿真实验的引入，不会因为误操作而造成人员或仪器设备的损伤，不会发生实验室里常见的故障;彻底打破时间与空间的限制，以使学生能够观察大到宇宙天体、小到原子微粒，以及需要几十年、几千年才能完成的变化过程[2]。
（二） 研究的意义
物理学的基本特点是它的实践性，物理学是一门以实验为基础的高度定量化的科学。它离不开实验和观察。物理实验是开展物理学研究的万能钥匙，凭借它人类渐次打开了物理世界各个领域的大门，探索了自然界的奥秘。物理实验是物理理论、物理学科研成果通向生产实践的桥梁。
实验教学在物理教学全过程中对学生有效掌握物理知识、发展各种能力、提高素质与促进世界观的形成等方面起着重要作用。物理实验的教育教学功能，除了能激发学生兴趣、训练学生的科学方法、有效地掌握物理基础知识、培养学生手脑并用的能力及科学态度和作风外，还具有“对学生认知结构的转化功能，对认知发展的促进功能，非语言传播功能，测量与评价功能。”[3]在物理教学中运用实验的目的主要在于给学生学习物理创造一个良好的环境，使学生能主动地获取物理知识和发展能力，促进学生科学品质和世界观的形成，同时，通过学生的观察实验，使学生掌握实验的基础知识和基本方法，培养他们的实验技能和能力。物理教学必须以实验为基础，这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用所决定的。我国教育研究工作者对于在中学阶段物理实验教学的作用的阐述[4]，总结起来有以下的五个方面:
1、实验教学能激发学生学习物理的兴趣。
实验教学可以丰富学生的感性认识，将学生带入生动直观的学习情境，从而极大地吸引学生注意，激发学生的兴趣和求知欲。
2、实验教学有利于训练学生的科学方法。
观察和实验本身就是物理学的重要研究方法，实验教学能够使学生在实验中逐渐熟悉和领悟这一基本科学方法。另外，实验教学还可以在一定程度上模拟物理学研究的过程，从而使学生在这个仿真的研究过程中学会科学研究的一些其他的方法。
3、实验教学能帮助学生有效地掌握物理学的基础知识。
物理学知识是由一系列基本概念和基本规律组成的，在中学物理教学中，大量的概念和规律的获得都需要建立在实验和观察的基础上，直观生动的实验教学能够起到突出重点、突破难点的作用，帮助学生理解物理概念、形成物理图像和认识物理过程。同时，物理学知识又是与社会、生活实际息息相通的，实验教学恰好可以给学生提供一种将物理学知识理论联系实际的机会，达到学以致用的目的。
4、实验教学有助于培养学生的多种能力。
实验是手脑并用的实践活动。在实验教学中，中学生通过理解实验原理、操作实验仪器、观察实验现象和分析实验结果等活动，使观察能力、思维能力、操作能力都得到锻炼。
5、实验教学能培养学生的科学态度和科学作风。
在实验教学中，通过教师自己的以身作则和教师对学生的严格要求，可以使学生逐步懂得并做到在实验中:爱惜实验仪器，进行规范合理的操作;尊重事实，不篡改实验数据:推理过程避免主观臆断:不怕困难和失败;敢于发表自己的见解等等，从而培养学生实事求是、理论联系实际、顽强探索、勇于创新的科学精神。
总之，实验教学是使学生获得中学物理基础知识、发展能力、特别是发展他们的创造能力的基本途径。实验教学不仅关系到学生在中学阶段对物理的理解和认识，更关系到学生的思维方式和创造精神的形成，对他们一生展都可能会产生深远的影响。
由此可见，在中学物理教学中引入虚拟实验是非常必要的，这主要是因为中学物理课程强调物理知识的基础性、系统性和实践性，同时中学生由于年龄较小，理解能力有限，学习物理的难度较大。物理教学中引入虚拟实验并与真实实验有机结合，可以培养学生对物理规律、物理现象、实验仪器的感性认识，帮助学生从直观中学习抽象的理论知识和物理规律。因此，无论基于理论探索还是服务于教师教学和学生自主学习，本文都具有重要的意义：第一，借助于虚拟实验，实现理论教学与实践同步进行，加强学生的实验技能，提高学生的综合能力；第二，强化了信息技术在中学物理教学中的应用；第三，为中学物理实验教学新模式的探索，提供实践依据和借鉴。
（三） 研究的现状
国外虚拟实验主要以教学培训为目标，参与单位众多，覆盖学科面广。学校参与的项目多数能得到国家级资金资助，发展十分迅速，列举如下：
1、麻省理工大学的微电子在线实验室[5]
麻省理工大学的电子工程和计算机科学学院是较早开始虚拟实验教学应用的院系。该学院的JesusA.delAlamo教授早在1998年就创立了微电子在线实验室(Microelectronics WebLab)。此微电子在线实验室自1998年秋投入教学应用测试至今，其使用版本已从最初的WebLab1.0经过2.0、3.0、3.1发展到现在的WebLab4.0”。
2、LAAPhysics(Learn Anytime Anywhere Physics)物理实验室[6]
该项目获得美国教育部资金资助，由美国北卡罗来那大学Greensboro分校研制。项目的目标是在网上建立一个开放的、自由的物理课程实验室，并提出了“随时随地学习物理”的口号。系统通过JavaApplet模拟各种实验设备(测量设备与被测对象)；能与虚拟教师和虚拟学习伙伴进行交流(教师进行指导、问答、评判，学习伙伴讨论)；具有聊天室和BBS(与授课教师、同班同学交流)以及评分系统(通过数据库对学生操作的记录进行评判)。系统可运行在Windows XP/2000或Macintosh OSX平台。
3、Futurelab虚拟实验室[7]
该产品是美国Simulation Plus公司在国家科学基金(National ScienceFoundation)的资助下于1998年推出的。产品功能面向中学教育，包括物理、地理、自然、化学、生物等虚拟实验室，涵盖范围从初中到高中各个年级。
国内相关课题研究概况国内很重视虚拟实验。虚拟实验的教学应用主要集中在各大学，如清华大学、北京大学、上海交通大学、华中科技大学、中国地质大学等，但针对于中学物理虚拟实验教学应用的中学校目前还较少。
三、虚拟实验的理论基础和技术基础
（一） 虚拟现实技术
1.虚拟现实技术简介
虚拟现实技术是一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉及运动等行为的人机接口技术。它利用3D数字化系统、多传感交互技术以及高分辨显示技术的科学可视化技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者借助于特定设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。
虚拟现实系统中，用户以自然的方式与虚拟环境交互。所谓自然的方式，是指用户通过视觉、听觉、触觉等感觉虚拟环境，使用户产生在真实环境中的幻觉。同时，用户通过在真实环境中的行为，去干预虚拟环境。所以，虚拟现实的人机接口设备，完全不同于现有计算机的人机接口设备。
2 虚拟现实技术的特点
虚拟现实技术具有沉浸性、多感知性、实时交互性和自主性四个重要特。
1)沉浸性
沉浸性指参与者存在于虚拟环境中的真实程度。理想的沉浸虚拟环境应该达到使参与者难以分辨真假的程度。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2)多感知性
除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有人的一切感知功能。目前虚拟现实技术所能提供的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉等。
3)实时交互性
实时交互性指参与者与虚拟环境中所遇到的各种对象相互作用的能力。例如，参与者可以用手去抓虚拟物体，这时手有握着东西的感觉，被抓的物体随着手的移动而移动。
4)自主性
自主性指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向运动。
（二） 虚拟实验的理论基础
1.建构主义学习理论
建构主义(constructivism)是学习理论中行为主义发展到认知主义以后的进一步发展，乔纳森(Jonassen，1992)认为它是客观主义(objectivism)更为独立的另一发展方向[8]。建构主义学习理论的宗旨是：学习是意义建构的过程，而不是知识的传递过程。学习者在意义建构中处于中心地位，通过同化和顺应进行建构意义，学习者先前的经验在意义建构中具有重要的作用；在情境化的、真实的境脉中的建构才是有意义的，学习是围绕真实的问题展开的；建构的过程是社会性的，学习既是内部的，也是社会的协商，学习就其本质而言是一个社会对话过程；运用技术支撑高级的心智活动，建构主义环境可支持学习者的思维和行动，引导他们进行反思与自我调节[9]。建构主义学习理论的核心点表现在：
1、知识依赖于个体的建构，学生对知识的建构是以自己的方式进行建构，并不是外界赋予的。一方面，学习是一个积极主动的建构过程，学习者不是被动地接受外在的信息，而是对外在的信息作主动的选择与加工，主动地建构信息的意义；另一方面，由于学习者本身的特点各异，因此建构活动的方式也就不同，对意义的理解也不同。
2、学习者的建构和他们以往的经验有密切的关系。
3、学是在一定的情境中发生的。
4、建构是通过同化与顺应发生的，当外部信息与个体已有的知识结构相匹配时，就被纳入、同化；当外部的信息与个体的认知结构不匹配时，就通过顺应来学习。
5、学习是社会性的，分享他人的观点，与他人进行协商、会话，对知识的学习更加全面、深入。
6、学习是一个不断创新的过程，不是对知识的简单累积的过程，学习者在真实的情景中不断地发现问题、提出假设，解决问题、验证假设，以此进行意义的建构。
7、有意义的学习是通过反思和认知冲突的解决、以及对早期低水平理解的否定而得到的[15]。
2.交互理论
在虚拟实验中，主要是通过学生与教学媒体、学习资源环境以及自身新旧概念的交互来达到实验的目的。因此，有必要研究关于交互的理论。虚拟实验中的教学交互是分层次的，从操作交互、信息交互再到概念交互，逐渐从具体到抽象、从低级到高级。高级的教学交互以低级的教学交互为条件和基础。操作交互是信息交互的基础，信息交互是概念交互的基础，概念交互是最高水平的交互。媒体是所有教学交互的平台和载体，媒体的交互特性是所有教学交互的基础。
（三） 虚拟实验技术基础
1.OpenGL简介
OpenGL是个专业的3D程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层3D图形库。OpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL。IRIS GL是一个工业标准的3D图形软件接口，功能虽然强大但是移植性不好，于是SGI公司便在IRIS GL的基础上开发了OpenGL。OpenGL的英文全称是“Open GraphicsLibrary”，顾名思义，OpenGL便是“开放的图形程序接口”。虽然DirectX在家用市场全面领先，但在专业高端绘图领域，OpenGL是不能被取代的主角。
OpenGL是个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。OpenGL作为一个性能优越的图形应用程序设计界面（API），适用于广泛的计算机环境。OpenGL已成为目前的三维图形开发标准，是从事三维图形开发工
作的技术人员所必须掌握的开发工具。
2.OpenGL体系结构
一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，第五层为应用软件。见图一所示。
图一 OpenGL图形处理系统的层次结构
OpenGL是网络透明的，在客户机/服务器体系结构中，允许本地或远程调用OpenGL。所以在网络系统中，OpenGL在X窗口、Windows或其它窗口系统下都可以以一个独立的图形窗口出现。由于OpenGL是一个与平台无关的三维图形接口，操作系统必须提供像素格式管理和渲染环境管理。下面以Windows NT操作系统为例具体介绍OpenGL运行的体系结构。OpenGL在Windows NT上的实现是基于Client/Server模式的，应用程序发出OpenGL命令，由动态链接库OpenGL32.DLL接收和打包后，发送到服务器端的WINSRV.DLL，然后由它通过DDI层发往视频显示驱动程序。如果系统安装了硬件加速器，则由硬件相关的DDI来处理。OpenGL/NT的体系结构图（如图二）所示。
图二OpenGL/NT体系结构
3.滑动变阻器的功能设计
实验室用滑动变阻器是直流电路中最常用的实验仪器之一。系统应提供多种交互手段，用户和系统的交互主要通过鼠标和键盘进行。键盘主要应用在辅助鼠标进行多个物体的选择，其他的交互都是用鼠标来完成。系统设计中的滑动变阻器能够根据所连接在电路中的接线柱和滑块的位置来及时准确地改变电路中的电阻，同时系统也必须提供将滑动变阻器连接到电路中的接口。其功能主要包括三个方面：
⑴缩放和移动。主要实现滑动变阻器在上下左右和对角线方向的缩放功能，可以通过鼠标的拖动来完成（如图三）。
图三 鼠标缩放图像
⑵滑块移动。滑动变阻器在电路中电阻的变化主要是通过滑动滑块来实现的。在正确连接的情况下，滑块移动能够改变滑动变阻器在电路中的有效电阻，从而实现变阻器在电路中的限流、分压作用等。本文中的滑块移动功能是通过在滑块上绑定一个点，这个点和滑块彼此关联来实现的，通过鼠标拖动点来实现滑块移动，效果（如图四)所示。
图四 使用鼠标拖动滑块
⑶接线柱。滑动变阻器在电路中起到保护电路、限制电路电流和分担电压等作用，是通过使用接线柱将滑动变阻器连接到电路中来实现的，所以接线柱的连接功能是必不可少的（如图五）。
图五接线柱功能
其实现的关键技术主要有以下几个方面：
(1)纹理贴图技术
纹理贴图技术又称为纹理映射技术，它是计算机图形学中广泛应用的一项重要技术。本文选用纹理贴图技术是出于两方面的考虑，第一，使用OpenGL 建模所创建的几何造型不能够描述物体的微观细节，而利用纹理图像可以达到模拟物体表面丰富的细节的目的，在很大程度上可以提高图形的真实性；第二，采用纹理映射的方法，可以很好地简化建模过程。本文中的滑动变阻器造型，如果使用OpenGL 直接建模时有许多的细节需要表现，想要创建出真实感非常强的滑动变阻器，需要的工作量是很大的，若采用纹理映射，只要创建简单的模型。在这里使用OpenGL 绘制两个简单的正方形模型，分别使用经过处理的三维立体效果很好的不含滑动变阻器滑块的图片和单独的滑块图片贴到模型表面即可。相比较而言，使用纹理贴图的工作量要小很多。纹理映射（Texture Map）是将指定的图像数据应用到一个几何图元上，使用纹理绘制的一般步骤为：导入纹理，将纹理贴图到几何图形上。
(2)模板缓冲区的使用
在现实世界中，模板就是一块平的纸板或其它材料，模板缓存的用途之一，就是将绘图范围限制在屏幕的特定区域。模板缓存用来进行复杂的掩模(masking)操作。一个复杂的形状可以存储在模板缓存里，然后绘制子序列操作可以使用模板缓存里的内容来决定是否更新象素。
四、虚拟实验在中学物理实验教学中的应用研究
开发虚拟实验系统的目的是为了让该系统在物理实验教学中的真实实验前和实验后都发挥积极的辅助作用：在真实实验前利用本系统进行预习，有助于学生对实验从整体到局部建立直观的感性认识，能有效地克服在真实实验中出现的盲目操作和实验“走过场”现象，缩短了真实实验的时间。对于一些难度大的、操作步骤多的实验，在做完真实实验后再做虚拟实验，可以使学生了解每一实验步骤在实验过程中所起的作用，进一步理解实验原理、消化实验内容。
（一） 虚拟实验辅助教师实验教学的教学模式
1.虚拟实验辅助教师实验教学的教学模式概述
由于虚拟实验加入了实验教学的环节，打破了传统实验教学的流程，因此需要建立与虚拟实验教学相适应的教学模式。在物理实验教学中，教师可以安排学生先进行真实实验，然后留出一些课时做虚拟实验。该方式主要起到复习实验的作用，帮助学生理解实验原理、消化实验内容、巩固实验知识。而且，教师也可以先安排学生做虚拟实验，此方式主要让虚拟实验起到预习实验的作用。老师要求学生先通过虚拟实验明确实验原理、目的和要求，然后按照要求进行虚拟实验，得到数据后进行处理，并回答思考题。
2.虚拟实验教学模式对实验教学的影响
从教学方法论的视角看，虚拟实验教学这种崭新的实验教学模式为物理学科的实验更新和实验教学改革提供了新思路。首先，它有力地冲击长期以来所造成的教师演示实验，学生静坐观摩以及学生枯燥地完成验证性实验而机械地重视已有结论的被动局面，为学生生动活泼地主动学实验、“做”实验创造条件。其次，将实验化难为易，让学生体验物理实验的真实情境。由此可以改变长期以来经典的、常规的物理实验统治物理课堂的局面，引导学生感受高新科技时代的气息，增进他们探究科学问题的好奇心和动力。最后，通过典型实验，特别是跨学科知识与探究技能的整合，有利于落实“过程技能”的培养。促使学生将物理知识与学习策略进行高层次的整合，提高学习效率。
（二）虚拟实验辅助教师以教为主的教学设计
在教学实践中教师要将虚拟实验平滑地融入教学过程中，必须和教学内容、教师的活动、学生的活动相结合，如何将这些要素系统地加以考虑，要靠教学设计的理论和方法实现。通过系统科学的教学设计，可以有效地将虚拟实验和传统实验、教与学的理论、教学实践有机结合。其教学设计过程包括教学前期设计、教学情境设计、学习资源设计、学习评价工具设计。
1.教学前期设计
1、教学目标设计
合理的教学目标是保证教学活动顺利进行的必要条件。在传统的教学中，教学目标往往描述的是教师的教学行为和教学过程，而忽略了教学过程的本质和落脚点是学生的学习行为和学习结果。因此，在教学设计中，教学目标要着眼于学生的行为而不是教师的行为，要描述学生的学习结果而不是学习的过程[10]。中学物理的教学目标和能力的培养主要是通过物理教学进行，由物理基本概念、基本原理、基本规律和实践性环节组成，贯穿在整个物理课教学中。
2、教学对象分析
为了解学习者的学习准备情况及其学习能力与学习风格，应充分考虑学习者的能力、潜能、背景和要求等，为教学内容的选择和组织、学习目标的编写、教学活动的设计、教学方法与媒体的选择和运用等提供依据[11]。深入地了解学习者，对学习者的各类特征进行认真分析和预估，分析得越充分越有利于教学设计。在进行学习者分析时，要对学习者的一般心理、生理和社会背景等一般特征、学习风格、学习者的初始能力等进行细致的分析。
3、学习内容分析
学习内容分析又称教学内容分析，是解决教师向学习者“教什么”、学习者“学什么”的问题。根据教学目标，科学地加以选择、确立知识范围，适当地选择教学媒体，着重分析学习者需要学习哪些知识和技能，达到什么程度和水平、培养什么能力和态度、使学习者的身心获得什么样的发展等。
2.教学情境设计
建构主义认为，学是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，在实际情境或通过多媒体创设的接近实际的情境下进行学习，可以利用生动、直接的情境有效地激发联想，唤醒长期记忆中有关的知识、经验或表象，从而使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化和顺应当前学习到的新知识，赋予新知识以某种意义[12]。情境认知的作用如下：
1、知识迁移。大量的研究表明，知识是可以迁移的，并且知识迁移数量的多少、有无，取决于实验情境与最初学习材料之间的关系。实践表明，认知情境中形成的象征性的认知表征，对于知识的迁移有重要的作用。
2、促进反思。通常情境中的问题都是隐含在事实背后，学习者在完成真实问题的解决过程中，很大程度上需要进行认真思考、不断反思，整理自己的认知结构，促进学习者高层思维能力的发展。
虚拟实验系统就是为学习者提供一个与现实情境相类似的“情境”。在该“情境”中，学习过程与现实问题的解决过程相类似，所需要的过程往往隐含于问题情境当中；教师也不是将提前准备好的内容教给学生，而是在课堂上展示出与现实中专家解决问题相类似的探索过程，提供解决的原型，并指导学生探索。
3.学习资源设计
学习资源设计对学习者的学习是至关重要的，教学设计者首先应对资源的状况有所了解。信息技术环境下，知识学习可利用的资源多种多样，包括信息化资源（如计算机和因特网等媒介和数字化内容）、教师、学生、图书馆、实验室等。教学设计者必须保证学习资源的有效性，也就是要保证这种学习资源能够达成教学所需要的教育功效[13]。因此，教师要深入思考信息的组织方式，学习资源的特点，思考它们和学生的学习能力、学习类型、学习方式与学习过程之间的关系，认真设计学习资源，保证学习资源的有效性，为学生创设真实的情境，以利于他们对知识意义的建构。
4.学习评价工具的设计
学习评价是指评价者参照一定的标准、运用合理的方法对学习者的学习过程和结果做出评定以及在此基础上对学生形成价值判断的过程。进行评价时应注意以下情况：(1)评价的目的是引起反思，指引学习；(2)评价指标不设权重，评价结果不需量化；(3)评价过程要与学习过程交融，评价即学习[14]。物理实验的教学设计应有完善的评价体系，其评价方式应是多样化的，评价贯穿在整个学习过程中，应能进行过程评价，并给出分析和指导的信息，应对参与学习的学习者学习状况给予全程跟踪。它有利于对学习者的学习状况进行评估和反馈，从而有效地引导学习者的学习过程。
五、总结与展望
针对开发的虚拟实验系统，论文研究了它在辅助教师实验教学和辅助学生自主探究学习方面的应用，还尝试将虚拟实验与真实实验有机结合并应用到物理教学中，取得了较好的应用效果。在进行物理探索方面，论文还需要进一步探索如何将虚拟实验与传统的真实实验有机整合，从而为教师和学生的科学探索、实验技能训练等方面提供更积极有效的条件和支持。另外，论文对虚拟实验系统在辅助远程学习的功能等方面的应用效果还未做研究。
在今后的研究中，要针对以上不足之处加以改进和完善，并继续加强以下三方面的研究：
首先，加强虚拟实验平台建设方面的工作，除进一步完善初中物理虚拟实验系统外，还要开发出较高质量的高中物理虚拟实验系统；
然后，根据虚拟实验应用于教学的基础理论研究，通过虚拟实验在辅助远程学习和对学生进行实验技能培训、提供逼真感知等方面的应用研究，进一步探索在中学物理教学中虚拟实验如何才能更有效地发挥作用；
最后，在进行物理科学探索方面，进一步探索如何将虚拟实验与传统的真实实验有机整合，从而为教师和学生的科学探索提供更积极有效的支持。
[ 参 考 文 献 ]
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关键词：仿真实验计算器，仿真物理实验室，探究模式，弹簧振子，数据处理，控制变量法
一、新型探究模式的设计缘由
在学习了高中物理人教版（选修3-4）第十一章《机械振动》后，学生了解了单摆和弹簧振子是简谐运动的两重要特例，只学习了单摆周期的计算公式，可对弹簧振子的周期表达式学生对此却一无所知，知道单摆周期只与摆长有关而与摆球质量无关。那弹簧振子周期又与哪些量有关呢？学生对此表现出强烈的好奇心和探究欲。由于实验环境和实验条件的限制及对学生动手操作能力要求过高，让学生在传统物理实验室去做，实验结果往往和物理理论不相符，甚至出现试验数据相反的情况。于是便萌发了构建一个“仿真实验计算器”来代替实验并直接输出实验数据的想法，就好像日常生活中用计算器代替心算一样。让学生在计算机环境下进行虚拟实验操作，并利用计算机处理实验数据，为实验探究问题提供了新的思路。
二、“仿真实验计算器”介绍及对中学物理实验探究的实际意义
“仿真实验计算器”笔者是在“仿真物理实验室”这个软件的环境下实现的。“仿真物理实验室”是一款全新概念的全开放性教学、课件制作平台和实验仿真平台，它将物理定律全部内置了，并提供了一个实验器具完备的综合性实验室，教师所需要做的只是设置一下实验的初始环境，仿真物理实验室都能够进行仿真。不但可以做出一般实验室可以做出的实验，也可以做出一些真实实验室做不出来的实验．比如在本软件中，可以非常轻松地实现闪照功能，可以实时跟踪显示运动对象的速度和加速度，让人一目了然。对于正在学习物理的学生来说，仿真物理实验室是一个可以体验探究物理过程、一个可以设计实验去验证自己的设想、一个可以自由探索未知世界的实验探索平台和自由的想象空间。
“仿真实验计算器”虽然被认为是实验数据的计算者和输出者，但最重要的是它要求实验者事先从物理现象或问题中探究出物理实验模型和实验方案，进而根据被仿真实验的方案、原理、器材等事先构建好实验情景，其实这一点是和传统实验是一致的，也是实验的核心所在。在新课程的理念中，注重对学生的自主探究性培养，让学生自主体验科学探究，亲历“科学家发现真理”的过程，并把“过程与方法”作为物理教学的一个重要内容，以更好地培养学生的科学素养。基于此，以往只在大学里被用于大学实验的模拟仿真实验，由于其独特的优势现在也在中学物理实验中也被广泛应用。笔者开设了《探究弹簧振子的周期表达式》的研究性学习课题，让学生在仿真实验室这个平台上充分自主探究，由于仿真物理实验室制作出的弹簧振子模型交互性非常强，并能提供频闪照片和实时输出众多运动数据和图像，所以“仿真实验计算器”为学生提供了处理实验的一把利器，为学生探究提供便利和可行性。
三、新型科学探究模式展示：探究弹簧振子周期表达例析
探究是学习物理知识的一种重要的方式。科学探究都要经历一个基本的过程：
