4、、化学、生物、数学及地球科学等模拟实验，所有软件经严格测试和评估后发布，供教师示范、学生作业以及代替实验操作而提供准确、逼真的实验。PhET已经获得了若干奖项:WISEAwards(2017)SIGOLOnlineLearningAward,2ndplace(April2012).TechAwardandMicrosoftEducationAward(October2011).ReadmoreabouttheTechAward.NSF&ScieneeMagazinesInternationalScience&EngineeringVisual
6、网络覆盖的地区尤为重要。该软件主要是研究仿真技术如何改进物理及化学、生物、地球科学、数学等学科教学，通过趣味互动的游戏方式，帮助小学、中学、高中、大学不同学段学生理解本学段深涩难懂的概念以及蕴藏的数理关系，提高学生学习的兴趣；研究如何使用仿真软件更加有效，并听取各地师生的反馈不断改进。因此，在同类软件中更具优势。该软件特别适用于以下情况：（1）理解枯燥的抽象概念和规律（如运动学、抛物线、可逆反应等概念）；（2）观察极其微小的（如原子、电子）或极其巨大的对象（如太阳系、冰河等）；（3）记录反应速度太快（如核反应）或太慢（如温室效应）的实验数据；（4）使用实验器材昂贵（如MRI核磁共振成
8、改变实验参数时，将发生精确的实验变化，产生真实的实验效果，便于师生的实践操作。（4）互动性佳。该模拟实验工具克服了同类模拟实验工具仅能演示或者少量互动操作的缺点，给师生提供更多地参与互动机会。学生可以根据提示，操作实验仪器，适用测量工具，改变实验参数，进行数据采集和整理，做到真正地理解。由于具有以上优点，所以非常适合在初中物理教学中使用，通过人机互动，在直观、游戏般的环境中，学生可以像科学家一样探索学习，能够通过动态直观地展示使隐形的东西显现出来，还能将科学的观点与现实世界中的现象联系起来。二、PhET在初中物理教学中的应用。物理学是研究物质、相互作用和运动规律的自然科学。
9、中华人民共和国教育部制订义务教育物理课程标准（2011版）M.北京：北京师范大学出版社，2012：1第2页共11页该部分的教学活动一般以观察物体的性质和通过实验来了解物质和能量的变化规律。PhET件有大量设计成熟的程序可供“物质世界”的教学使用。笔者根据物理课型分别举例分析：（一）物理概念课物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分，而且也是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提，是进行物理实验的起因和结果。物理学的概念很多，有些比较简单，如物体、运动、路程等，比较容易掌握；有些则比较抽象、复杂，如力、惯性、速度、电势等，较难理解、掌握。因此，在物理教学过程中，学生
10、准确的理解物理基本概念是掌握物理知识的前提，是进行正确推理和判断的基础。无论从掌握物理知识还是从发展能力来看，都必须十分重视物理概念的教学，这样才能不断提高物理教学的质量。笔者以“摩擦力”为例，简介PhET在概念课中的使用。“摩擦力”是人教版物理教材（2012版）八年级下册“运动与力”单元第三课摩擦力的主要概念。摩擦力是学习了弹力、重力后的又一种重要而常见的力，是力学的基础。这不仅是二力平衡的应用，而且为后面的功和简单机械的学习，甚至高中学习做好铺垫，在力学中具有承上启下的作用。通过本课的学习，不但使学生学习到摩擦力的有关知识，而且是学生对探究、分析和解决问题能力的升华，同时
11、也逐渐培养学生养成科学探究和重视知识应用的好习惯。教材对摩擦力的定义是“两个相互接触的物体，当它们做相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力。”教材为了学生能直观理解摩擦力的产生原因，配了“在显微镜下看，物体的表面不光滑”一图（图3）。不过静态图还是不够形象直观，PhET提供了一款微观展示摩擦力形成原因的仿真软件（图4）。运行该软件时，只需要按住鼠标，按照软件中箭头指示的方向移动，既可以看到宏观下的物体移动（软件中的物理、化学课本），也可以看到微观的物体表面分子的相对运动，学生就能非常容易的理解摩擦力是由于相互接触的物体，表面凹凸不平而产生的。学生们还
12、可以看到当运动速度越来越快时，接触面上的温度也会提高，由力的形象演示拓展到摩擦生热的力、热融合。通过这样最直观最形象的动态演示，学生们不仅很快理解摩擦力的概念，还能进行知识的拓展与深化，一举两得。在课堂中可以设计这样的环节引入PhETJ（图6.人教版物理九年级“内能”一课部分截图）教师可以利用各种情景（如足球在草地上滚动越来越慢，最后停下来；矿泉水的瓶盖上有许多竖纹；运动员赛跑时穿着带有铁钉的跑鞋；汽车在雪地上行走艰难，而当轮胎上裹有铁链后就能前进自如了；生锈的铁锁打不开，当加了几滴油后就可以打开了等等）引导学生思考这些现象都与什么有关，然后带领学生体验摩擦力的产生：先请
13、同学们把手平放在桌面上，手心朝下，一起来做几个小实验。（1）手平放在桌面上，用力推或拉，使手在桌面上运动，感受有没有一个阻碍手运动的力；（2）手平放在桌面上，用力推或拉，但保持手不动，感受有没有一个阻碍手运动的力；（3）手平放在桌面上，保持手不动，也不用力推或拉，感受有没有一个阻碍手运动的力。引导学生思考：（1）摩擦力是在什么情况下产生的？（2）摩擦力的作用点在哪里？（3）摩擦力向什么方向？（4）摩擦力的作用是什么？在此基础上得出摩擦力的定义，了解摩擦力的作用点在两个物体的接触面上。摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。接着教师可以抛出话题：为什么会产生摩擦力呢
14、？两个物体的接触面有什么特点呢？通过连续的提问，引发学生深入思考，接着教师就可以演示PhET“摩擦力”，引导学生直观形象地观察物理、化学课本的宏观摩擦和微观状态下分子间的运动，同时旁边的温度计还能直观看到剧烈摩擦温度升高的现象，教师可以适当拓展到九年级第十三章内能的第二节“内能”中的“摩擦可以产生热”。课本截图如图6。I.bflIlZJJiV1.康齡.和IM甲.t细气阵IMit空谄內iMKrUJt*.达JI*1化It朋点用42心乙内*上W”JiB眉卅曲气電極*鬪，pJ河的生直十址!1中.井刘外【评析】PhET在本课中既起到形象直观地展示摩擦力的作用，又可以进行深入拓
15、展，一举两得。很好地发挥了互动模拟软件对课堂教学重难点的突破作用，弥补了传统教学中图片的静态和语言的抽象，使摩擦力形成的微观原因清晰可见，同时，形、画、声、光多感官的刺激，既有利于表象的形成，也有利于知识的获取和巩固，加大了物理课堂的教学容量，从而有利于提高教学效率，进而提高学生的科学素养。（二）物理规律课物理学是由物理概念和物理规律组成的严谨的、精密定量的理论体系。物理规律具有以下特点：物理规律是观察、实验、思维、想象和数学推理相结合的产物；是物理概念之间必然联系的反映；具有近似性和局限性。学习物理规律是一个复杂的认知过程，它是感性认识与理性认识、特殊认识与一般认识反复结合、相互
16、作用的发展过程。学生在学习物理规律时，首先要在第5页共11页具体感知的基础上，通过抽象概括、得出结论；然后将得出的结论运用于实际，使知识从弄懂到会用。物理规律的教学过程就是帮助学生完成上述复杂的认知过程。所以，物理规律课教学一般要经过提出问题、探索规律、讨论规律和运用规律四个阶段。笔者以“串、并联电路中电流的规律”为例，简介PhET在规律课中的使用。“探究串并联电路的电流规律”是人教版九年级物理第十五章“电流和电路”中第五节内容，通过前面的学习，学生已知道串、并联电路的连接，学生能够顺利连接串联电路，本节课中，学生将第一次经历完整的科学探究的七个环节，找到串、并联电路电流的规律，
17、在这两个探究中，几个环节来到了前台，作为程序性的知识正面交给了学生，而且要学生体验科学探究，学习科学探究的方法，养成良好的科学探究习惯。本课的实验又富有探究性、实践性，学生既要亲自设计实验，画电路图，还要将电流表几次接入串联电路、并联电路的不同部位，所以必须较熟悉地连接电路，并会正确使用电流表，因此本节课既是前面串、并联电路、电路图、电流表学习的运用，也是前面所学知识扩展，更是后面其他章节的学习基础，本节课学习重在过程，让每个学生都有亲身体验的机会，获得成功感，从而珍惜自己的劳动成果，掌握科学的探究方法，养成良好的学习习惯对物理这门功课产生深厚兴趣。但部分学生对于并联电路的
18、连接不够熟练，少数学生对正确使用电流表有一定困难，大部分学生对科学探究方法有一定的认识，但根据实验的目的和要求设计实验方案，有一定的困难。基于以上分析，本课学习可以采用“PhET模拟实验+动手实验”的方式进行教学。本课可分两课时完成，第一课时主要设计实验并进行计算机模拟实验，第二课时以学生动手实验，搜集数据，探究规律。环节设计如下：【第一课时】1课前在黑板上挂上一大串节日彩灯，并使之发光，通过学生猜想是串联还是并联，以及如何加以鉴别等创设问题情境，激发兴趣，当学生找到方法（拧去一只灯或断开某处线路）并确定是串联后，追问：“通过这些小彩灯的电流有什么关系？”激起学生探究欲
19、望，自然引出课题。2指导学生设计实验步骤，计算机模拟，学习科学探究的方法，体验科学探究的环节。（1）按图1进行演示，连接电路，然后让学生对A、B、C三点电流的大小关系，提出冋题，这就是第一个环节提出冋题。（2）让学生进行猜想或假设，并说出理由。（3）设计实验，包括设计实验电路图，实验器材的选取和数量，实验步骤的确定和设计数据记录表格，让学生开动脑筋，自主设计，并通过小组成员合作，补充完善，当各组完成设计后，让各组进行交流本组设计的电路图和实验方案，及时给予指导和纠正。以此突出重点和突破难点，达到渗透过程与方法，情感态度与价值观的目的。（4）模拟实验，通过学生在计算机上无成本、无
20、压力的模拟实验，检验自己的实验设计，同时电流表在串联、并联电路各处的不同读数，初步感知不同电路中的电流变化规律。具体过程如下：（串并联电路的连接方法及电流表在电路中的连接方式已在前几课中利用PhET进行过学生操作）首先，学生根据自己设计的串联电路图（如图7），在计算机上连接模拟电流表依次接入串联电路中,记录电流表数值（如下图9及下表1o）（图9将电流表依次接入电路ABC处测量到的各点的电流值）图11.PhET连接完成的模拟电路图12.将电流表依次接入电路ABC处测量到的各点的电流值（图10.并联电路图）表1串联电路各点的电流值A点B点C点串联电路3.91安培3.91安培3.91
21、安培按照同样的流程，完成并联电路的连接及记录。如下图10-12及下表2表2并联电路各点的电流值A点B点C点并联电路3.60安培3.60安培7.19安培【第二课时】1.动手探究，搜集数据，发现电流规律。（1）实验前，启发学生注意仪器使用的规范性，以及电路连接时应注意的问题，特别要注意电流表的正确使用和读数，用多媒体展示电路图和实验步骤,让学生按电路图连接实验电路进行实验，使学生在实验的过程中体验探究的乐趣，提高探究能力，并把自己探究的电流值记在自己设计的表格中。（2）实验结束后，让各组派代表说出本组记录的数据，并分析归纳实验结论，以此培养学生分析，归纳问题的能力。（3）评估与交流，探究结束
22、后各组学生对实验设计，实验操作、测量结第7页共11页果进行评估，并让各组代表上台就上述问题进行了交流。（4）师生交流，总结串并联电路中的电流规律：串联电路电流处处相等；并联电路干路中的电流等于各支路中的电流之和。2.实践应用，巩固所学。【评析】课程标准要求现代中学物理教学要突出两大基本特征：探究性和建构性。本课教学通过PhET仿真模拟实验的模拟互动连接，学生不光又一次复习了串、并联电路的不同连接方法和电流表在电路中的连接方法，对于电路连接时的注意事项进行了又一次的复习巩固，为接下来动手连接电路，建构实物电路扫清了困难，同时，通过观察串联电路和并联电路中不同位置的电流值，学
23、生对于串并联电路中电流规律有了粗浅的认识，也为之后的数据搜集整理和探究方向指明了方向。在课堂中加入PhET仿真模拟实验可以有效地帮助学生变革学习方式，不仅可以激发学生学习兴趣，促进学生更加主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集、分析、处理信息的能力，提高学生的问题意识、合作意识，同时也改变了教师的教育理念和教育行为，进一步深化了新课程改革。（三）物理实验课物理实验是物理学的几乎，同时也是物理教学的基础。课程标准提出“要发挥实验在物理教学中的重要作用。实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径。”课程标准还明确提出列出了学
24、生必做实验20个，要求“学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实验”笔者以必做实验“探究凸透镜成像的规律”为例，简介PhET在实验课中的使用。本节是人教版八年级物理上册第五章透镜及其应用的第三节，本章是光学部分的重点章，探究凸透镜成像的规律是本章的重点知识，教材以探究凸透镜成像情况与物距（u）关系有关为主线，安排了学生猜想、设计实验、实验探究、合作交流等教学过程，让学生经历产生兴趣、发现问题、激发矛盾、解决问题的过程，很好地体现了课程标准的要求，在体验知识的形成、发展过程中培养了学生主动获取知识的精神。八年级学生
25、刚刚接触物理这门学科，在知识方面，懂得少许浅显的物理道理，知道一些较简单的物理现象，了解了一些基本的物理规律；在能力方面，初步具备了一定的探究问题的意识和能力，有一定的协调能力和合作精神；在情感方面，他们有较浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望。而且在此之前有过探究“平面镜成像特点”的经历，知道探究的一般过程，对积极主动地进行探究活动有着较为浓厚的兴趣，但本节探究课学生面临着诸多困难，例如实验探究涉及到的物理概念、名词多，如物距（u）、像距（v）、焦距、实像、虚像，特别是要找到各种像应调整什么，如何调整，学生感到盲目；从数据中要得出结论也不易，因此老师必须重
26、视加强对学生探究过程的指导，同时，培养学生收集信息、整理资料、分析问题、解决问题等能力，初步学会科学探究的一般方法。基于以上分析，本课学习可以采用“PhET模拟实验+动手实验”的方式进行教学。在实际操作之前，教师可以利用PhET提供的“几何光学”仿真模拟试验先让学生对实验操作走一次，对那些还不太熟悉的名词现在计算机上熟悉一下。本课可分两课时完成，第一课时主要设计实验并进行计算机模拟实验，第二课时以学生动手实验，搜集数据，探究规律。环节设计如下：【第一课时】一、创设情境，导入新课。老师向学生展示“自制照相机模型”（先把镜头拿下）再告诉学生，这是“照相机模型”，学生不解
28、、像距分别与焦距之间的关系。（如图13）并强调调整透镜、光屏的高度，使凸透镜、光屏和LED板上F的中心大致在同一高度。（图13.探究凸透镜成像的规律的实验器材）第9页共11页说明：（1）用F形LED光源（替代蜡烛）。在本学生实验中，该光源的位置始终固定在透镜的主光轴上，而且该光源也不会受风的影响而晃动或改变大小，因而避免了由于蜡烛燃烧变短、烛焰晃动等因素给实验带来的不利影响，使光屏上所形成的像更加清晰、稳定，从而减小了实验误差；使用蜡烛时，烛焰所成的像可以使学生非常直观地得出蜡烛成上下倒立的实像，但却不能观察所成的像也是左右倒立的特点。由于该光源为F形，从光屏上所成的像可以直观
30、总结出凸透镜成像的规律：先分小组讨论一会儿，小组间互相交流；每小组推荐一位同学进行班级交流；教师进行小结成像的规律；3教师提问：如何来检验我们得出的结论是否正确？4.换另一焦距的凸透镜，重复上述实验，验证得出的规律与重复实验的结果是否相符。5针对验证实验进行交流，实验中发现的新问题：凸透镜成实像与虚像的分界点在哪儿？凸透镜成放大像与缩小像的分界点在哪儿？什么情况下，像与物在凸透镜两侧？什么情况下像与物在凸透镜同侧？当凸透镜成实像时，随着物距的减小，像距是怎样变化的？像距与焦距间有什么关系？讨论把凸透镜挡住一半，像有无变化；像的亮暗有无变化等。6.展示教师归纳总结出的凸透镜成像规律，
31、见下表3。表3.凸透镜成像规律物距像的性质物、像与透镜的位置像距光屏能否接收到备注u正立还是倒立放大还是缩小实像还是虚像vu2f倒立缩小实像异侧fv2f能u=2f倒立等大实像异侧v=2f能像放大与缩小的分界占八、fu2f能u=f不成像实像与虚像的分界点uu不能7.提冋：（1）通过今天的探究你知道照相机是利用的凸透镜成像的哪个规律吗第#页共11页（2）你还能利用凸透镜成像的规律做出哪些光学器件来为我们大家服务吗？二、完成练习，拓展应用1如图A、E、C、D、E中成实像的点是（），成虚像的点是（）,成放大像的点是（），成缩小像的点是（），所成实像像距最远的点是（）。2、小明同学在