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实验教学是中学重要的教学内容和培养创新人才的重要手段,尤其是中学物理、化学、生物学科教学中的一个重要环节,具有辅助学生学习知识和掌握技能,发展学生兴趣和科学探究精神的功能。然而,目前在学校现有实验室条件下,由于实验室数量不足,实验资源不均衡以及极端环境无法完成实验操作等原因,不能满足多班级同时完成实验教学进度,难以满足实际教学需要和学生的需求。近年,在公共卫生等突发事件发生或疫情防控常态化,学生居家学习,线上学习,线上线下融合学习等背景下,学生不易直接接触实验器材。仿真实验技术可以满足实验资源不均衡,极端环境要求,特殊时期及疫情防控教学常态化的需求。

人大附中近些年一直着力于推进教育创新,寻求从种类到内容的优质课程转变。近日,人大附中初中三年级的张芸惠老师,就利用NOBOOK虚拟实验,完成了一次优秀的课程设计,为同学们带来了一堂不一样的物理课堂。

《欧姆定律应用》是张老师本节课所讲授的内容,作为九年级的重点知识,欧姆定律是电路中难度、重要程度都很高的内容,并且有着很广泛的应用场景。欧姆定律的应用更是重中之重,是之前所学的知识的延伸与升华。

由于这节课程的内容量较大,所以对课堂效率有一定的要求;课程设计又是以学生为主体,强调让学生自组探究来解决问题,得到结论,所以需要很多动手实验时间;对实验的误差要求也比较高:电源电压需要恒定,内阻尽量小;基于以上几点考虑,张老师最终选择了NOBOOK虚拟实验平台来进行教学设计与实操。

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如何更加高效地利用课堂时间,在把知识讲解透彻的同时,吸引学生的注意力,让物理课更加生动有趣,是张老师一直在探索的课题。首先,张老师给学生设定了一个情境。

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文末附件有详细《欧姆定律应用》任务单

并且抛出了一个问题:为什么电压表实数无法回到2V,请聪明的你利用NOBOOK虚拟实验平台,搭建电路,重现老师的探究过程,找到可能的原因。

在这里,张老师为了让更好的课堂效果,选择让学生们自己动手探究,又为了能够完成教学内容,提高课堂效率,选择了NOBOOK虚拟实验平台,让学生利用平板来进行实验,既节约了时间,又提升了学生的兴趣与积极性,一举多得。

张老师首先让同学们进行讨论与思考,找同学上台进行电路的搭建,简单地明确一下实验的要点与目标,就让同学们在下面两两一组,分组进行试验探究。

同学们正在利用NOBOOK虚拟实验来进行实验探究

张老师在巡视中引导着学生们进行操作提示,并且对错误的操作予以纠正,保证同学们能够顺利进行实验并得到相应结论:滑动变阻器可调节的范围过小;定值电阻阻值过大;电源电压太小等等。

完成了任务一之后,找到了问题所在。张老师接下来引导同学们来尝试着解决问题,并且尝试着用多种方案进行实验设计。

在这个过程中,学生们交流地火热,纷纷提出自己的想法与方案,并且利用NOBOOK虚拟实验来进行验证自己的想法,不断地尝试,不断地试错,最终向着正确的方向前进。

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利用NOBOOK虚拟实验进行探究

在完成了小组探究之后,张老师让同学们分享自己的方案,渐渐地,四种方案就浮出水面:

方案一:串联已知电阻,间接增加外部分压

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方案二:降低电源电压

方案三:在已有器材的基础上,修改探究电流与电阻关系时的固定电压为2.4V

方案四:只选择0-20Ω的电阻进行实验探究

其中方案二和方案三在学生提出之后,张老师带着学生进行了理论推导,算出临界电源电压与临界探究电压。

最后,根据已有实验的经验,设计“探究电流与电阻”“探究电压与电阻”的实验,并且进行实验数据的收集与处理,对这节课画上一个完美的句号。

张老师这节课从实验现象为切入点,通过NBOOK虚拟实验来进行仿真操作,大大减少了时间,提高了课堂效率,在有限的时间内,完成了整个实验的猜想与验证,并且将实验验证与理论计算相结合,从现象与原理两个维度进行知识学习,能够让学生的体验更加深刻,对欧姆定律的理解更加深入。在整个过程中,张老师和学生对于NOBOOK虚拟实验平台的使用也很流畅,学生对于虚拟实验的反馈也是很积极的,课堂效果极佳,相信学生的收获也是极为丰富的!

感谢张芸惠老师在虚拟实验与课堂融合应用方便的探索,献上了一节精彩的课程,期待张老师后续利用NOBOOK虚拟实验,探索更多精彩课程!

欧姆定律应用任务单:

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