摘要：PhET是PhET的縮寫，譯為物理教育技術(shù)。 基于傳統(tǒng)物理實驗教學的優(yōu)缺點以及PhET的介紹，提出將PhET模擬程序應(yīng)用于物理課堂教學，并以“平衡探究實驗”為例講解教學內(nèi)容的“杠桿”。 根據(jù)教學設(shè)計的一般要素進行教學設(shè)計分析，并將其運用到物理課堂教學中，提高教學效果，有助于物理教師在教學中應(yīng)用PhET模擬程序，掌握相應(yīng)的教學策略和思路。
關(guān)鍵詞：PhET； 模擬程序； 實驗教學； 初中物理； 教學策略； 教學設(shè)計
生命充滿了物理現(xiàn)象，例如力、光、熱和電。 這些物理現(xiàn)象大部分都可以用中學物理知識來解釋。 與生活密切相關(guān)的知識可以引起學生對物理的興趣[1]，但在現(xiàn)實的物理教學中，只要求學生記住概念、公式或原理初中物理教學設(shè)計，導致學生對物理學習沒有興趣。 如何讓學生對物理產(chǎn)生興趣，甚至愛上物理，是教育工作者不斷研究和思考的課題。 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，PhET在物理教學中誕生。 目前，有很多 PhET 模擬程序。 如何利用現(xiàn)有的PhET項目來提高物理教學效果是物理教師關(guān)注的熱點話題。
一、傳統(tǒng)物理實驗教學的優(yōu)缺點
1、實驗教學優(yōu)勢
物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的課程。 每本教材中都安排了幾個實驗，每章后還配有小實驗。 因此，實驗教學是物理課程的重要組成部分。 不僅可以提高學生的學習興趣、動手操作能力和實踐能力，還可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W精神。 而且，許多物理公式和定律都是根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)出來的。 實驗教學操作步驟簡單。 教材中的每個實驗都會有具體的操作步驟。 只要按照步驟操作，任何人都可以操作它，探索和發(fā)現(xiàn)科學家以前發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，從而激發(fā)學生對物理的探索。 科學興趣。
2、實驗教學不足
一方面，物理實驗儀器設(shè)備相對精密、昂貴，一不小心就可能損壞； 一套物理裝備往往要花費幾十萬，所以這些裝備的更新?lián)Q代速度極其緩慢。 另一方面，在真實的實驗室做實驗時，經(jīng)常會用到電、火等危險物品，稍有不慎就可能釀成大禍； 做實驗時，一般需要分組完成，但學生的學習水平和動手操作能力存在差異。 有的同學在實驗中東張西望，不但對自己組沒有幫助，反而還制造麻煩，拖后組的后腿。 這使得很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，從而影響整個小組。 每節(jié)課的進度。
2. 關(guān)于PhET
PhET是物理教育技術(shù)的縮寫。 它由科羅拉多大學卡爾·維曼于2002年制作并運行，旨在通過免費的交互式模擬程序提高全世界人們的科學教學素養(yǎng)[2]。 PhET網(wǎng)站（..edu[3]）上有很多交互式模擬程序初中物理教學設(shè)計，這些模擬程序向全世界開放，可以免費下載并在線學習。 隨著PhET模擬項目在各學科領(lǐng)域的快速增加，PhET受到越來越多研究者和教師的青睞。 目前，這些模擬實驗已涉及生物學、化學、地球科學、數(shù)學等多個學科，可供世界各地的研究人員、愛好者、教師和學生免費使用。 早期PhET模擬程序的開發(fā)主要采用Java和Flash技術(shù)。 使用這兩種技術(shù)開發(fā)的仿真實驗與許多平臺不兼容。 不同的平臺需要不同的技術(shù)來支持。 對于不懂技術(shù)的老師和學生來說，要使用這些模擬器有點困難。 2013年，PhET開始使用HTML5技術(shù)開發(fā)模擬程序。 使用HTML5開發(fā)設(shè)計的程序可以跨平臺無縫連接。 無論是win7、win8、win10，甚至是LINUX系統(tǒng)或Unix系統(tǒng)，只要安裝了瀏覽器，模擬程序就可以運行。
3. PhET教學準備：《平衡探究實驗》教學分析
下面對《平衡探究實驗》模擬軟件的教學設(shè)計進行分析，教學設(shè)計需要考慮六個內(nèi)在相關(guān)的復雜因素和環(huán)節(jié)[4-5]。
1.學習需求分析
學習需求主要是指學生在學習相關(guān)知識之前所具備的現(xiàn)有知識和相關(guān)經(jīng)驗。 在學習本課之前，一方面，學生已經(jīng)了解了力學中的一些基本概念和規(guī)律，并且可以利用這些力學知識來解釋生活中的一些問題。 杠桿是機械知識的進一步拓展和應(yīng)用。 因此，學生在學習本課的教學內(nèi)容時已經(jīng)具備了相關(guān)的知識基礎(chǔ)。 另一方面，學生在日常生活中使用的剪刀、鉗子、秤、蹺蹺板等都具有杠桿的特性，這樣在講解時更容易被接受，也更容易激發(fā)學生的學習興趣。
2.學習內(nèi)容分析
《杠桿》[6]是人民教育出版社八年級下冊第十二章《簡單機械》第一節(jié)的教學內(nèi)容。 PhET網(wǎng)站上的“平衡探索實驗”只是講解了杠桿的相關(guān)知識。 因此，在講解“杠桿”部分時，可以用“平衡探究實驗”來講解。 教學內(nèi)容包括：杠桿的概念、杠桿的相關(guān)術(shù)語、力臂和阻力臂的畫法、杠桿的平衡條件。 教學重點是理解杠桿均衡條件以及利用均衡條件解決問題。 教學的難點在于通過模擬實驗推導出杠桿的平衡條件。
3. 學習者分析
在學習本課之前，學生已經(jīng)了解了力的三種性質(zhì)，掌握了相關(guān)知識，為本課做好了準備。 這個班的學習者是二年級的學生。 這一階段，學生的思維處于從具體思維向抽象思維過渡的階段。 他們的抽象思維能力不強，需要用具體的事物來理解。 初二學生容易接受新事物，喜歡挑戰(zhàn)，不喜歡全程“老師講、學生聽”的教學模式。 因此，在講解杠桿的內(nèi)容時，讓學生自己操作，通過PhET中有趣的游戲來學習各個方面。 知識點可以更好地訓練學生的動手操作能力和歸納推理能力。
4.學習目標分析
知識技能目標：了解杠桿的定義，能夠從日常工具中識別杠桿部分； 了解杠桿相關(guān)術(shù)語：支點、力、阻力、動力臂、阻力臂等概念，并能畫出力臂，了解杠桿的平衡狀態(tài)。 過程和方法目標：通過操作模擬實驗，感知杠桿； 在操作過程中，進一步了解杠桿的支點、力、阻力、動力臂、阻力臂的概念和平衡條件。 情感目標：讓學生感受到杠桿在生活中的重要作用，樂于發(fā)現(xiàn)和分析生活中的杠桿，培養(yǎng)對物理的興趣； 讓學生在模擬實驗的操作中體驗物理科學的魅力； 培養(yǎng)學生細心觀察、推理能力和團結(jié)合作精神。
5、教學方法設(shè)計
本課主要采用模擬程序?qū)嶒灧āw納法、討論法、講授法等。 模擬實驗方法主要是培養(yǎng)學生的實踐能力，歸納法用于總結(jié)杠桿的平衡條件，討論法和講授法穿插在整個教學過程中。
6、教學媒體的選擇
本課所需的教學媒體主要是多媒體計算機和互聯(lián)網(wǎng)。 利用網(wǎng)絡(luò)連接在線或?qū)⒎抡鎸嶒灣绦蛳螺d到終端計算機上供學生使用。
4. PhET教學應(yīng)用：《平衡探究實驗》教學流程（1節(jié)課，45分鐘）
通過教學設(shè)計分析，研究者隨機選取楚雄市5所初中，隨機選取10名初中物理教師采用模擬實驗“平衡探究實驗”進行課堂教學，取得了良好的教學效果。 教學過程中，全體老師驚喜地發(fā)現(xiàn)：這種模擬實驗不僅解決了實驗室中可能遇到的各種意外情況，而且激發(fā)了學生的學習興趣，尤其是在游戲階段。 他們都在積極地運作、記錄和思考。 根據(jù)課堂觀察的教學情況，整理出《平衡探究實驗》的教學流程（1學時），如表1所示。
五、反思與展望
從以上教學設(shè)計分析以及利用“平衡探究實驗”學習“杠桿”知識的整個教學過程可以看出，PhET模擬程序可以讓教與學變得有趣，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習能力。學生的學習能力。 這也是PhET受到全球各學科教師青睞的原因。 但在應(yīng)用PhET時，需要注意以下三點：
1.并非所有知識點都適合PhET教學
首先，PhET網(wǎng)站提供的模擬課程涵蓋了生物、化學、地球科學、數(shù)學等多個學科，包括小學、初中、高中、大學課程。 截至2019年8月9日，共有149個模擬項目。 然而，物理模擬程序只有幾十個，而初中物理知識點卻有數(shù)百個。 顯然，PhET網(wǎng)站上的模擬程序并沒有包含所有的知識點。 其次，物理課程中介紹了很多定律、公式、定律等理論知識。 這些知識只需要老師的推理和解釋，學生按照老師的思路就能理解。 因此，不需要借助模擬實驗，當然也不需要PhET來進行教學。
2、教師必須有可以監(jiān)控學生電腦的電子教室軟件。
在計算機網(wǎng)絡(luò)教室里，每臺計算機都可以接入互聯(lián)網(wǎng)。 最理想的情況是所有學生都能很好地操作模擬程序。 然而，每個班總有一些學生無法集中精力做實驗，經(jīng)常趁老師不注意的時候做其他事情，比如上網(wǎng)聊天、看電影電視劇等，老師很難做到這一點。在教室里走動，監(jiān)督學生的學習。 如果老師的電腦上安裝了可以監(jiān)控學生電腦的軟件，那么所有學生都會自動連接到老師的電腦上。 老師坐在電腦前，可以知道學生是否認真操作模擬程序，并可以檢查每個人的學習速度和進度，并糾正不適當?shù)牟僮鳌?學生可以獲得一對一的指導和幫助。
3、教師要有終身學習的理念
使用PhET進行教學，首先需要了解什么是PhET，哪些課程和知識點適合PhET，使用PhET教學時如何設(shè)計教學計劃，課堂教學進度是否可控，能否提高學習效果這就要求教師樹立終身學習的理念，不斷學習，獲取新知識，掌握新技術(shù)，提高課堂宏觀調(diào)控能力。 它還要求教師精通所教授的課程和各種教學方法，并能運用所學的知識和技能。 在教學實踐中，提高教學效果。 總之，應(yīng)用PhET在“平衡探究實驗”中學習“杠桿”知識，可以提高教師的教學效率和學生的學習效果。 在物理教學中，讓學生通過模擬實驗自己發(fā)現(xiàn)規(guī)律，可以進一步激發(fā)學生的學習興趣。 因此，在物理教學中，需要充分利用PhET網(wǎng)站提供的模擬程序，不斷提高教學效果。