中学物理实验软件让新课标落到实处

     《金角鱼初中物理》是基于数值仿真和人工智能的初中物理探究式智能情境教学系统。它所应用的技术主要是数值仿真(CAE)和人工智能(AI)。

     金角鱼建立了物理对象的数学模型及其相应的数值计算方案，形成高精度、高鲁棒性的CAE技术。仿真对象有电路、分子、热机、滑动、齿轮、流体、运动、声波、音阶、光路、柔性物体等。

     金角鱼构建了压力或压强等数字传感器，形成直观精密的探究环境。

     它还能对电路/滑轮组/光路等用户的实验设计进行智能评估。 金角鱼生动的探究情境，成就教育信息化重点推荐产品。中学物理实验软件让新课标落到实处

     《金角鱼初中物理》的一大特点是现象数据化，通过数据来传达感性。例如软件中引入的数字传感器——压力压强传感器。

     在“压强”这节课中，固体对接触面的压强大小可以通过物体形变程度来进行定性比较。但由于实验过程中没有设置定量比较的过程，只能得出压强与压力成正相关、与受力面积成负相关，无法得到“压强大小与压力大小成正比，与受力面积成反比”的结论。所以书本上紧接着以直接“告诉”的方式给出结论：“实际上，压力的作用效果是由单位面积上受到的压力决定的。”

     上面提到的这个问题一直以来没有一个很好的解决方案，因为物体受到的压强虽然可通过物体的形变来表现，但因为无法测量的缘故导致无法定量描述，从而学生无法自主得出压强公式。但借助《金角鱼初中物理》软件，将这块内容进行了重新设计。在软件“压力压强”教学内容中，物体的下方都会有一个传感器，使得压强大小可以通过底部颗粒物的颜色深浅来判断（颜色越深压强越大），同时还可以在数据层面显示压强的具体大小。在能获得压强具体数据情况下，就可以找出压强与压力大小、受力面积大小的定量关系——与压力成正比，与受力面积成反比。 金角鱼初中物理自主学习软件让学习更主动金角鱼的价值主张：面向过程和方法，强调以学生为主体的探究，强调课程内容的结构化、动态化和课堂的活化。

     《金角鱼初中物理》中的情境是怎么做出来的？

     金角鱼，不是对研究或学习对象现象级的仿真，而是对物理对象内在机理的仿真。它基于人类对整个物理对象形成的科学的研究成果，这个成果往往是严谨的数学方程。然后用数值仿真技术，形成可视化的可交互情境。

     有很多老师和同学对此非常感兴趣，认为这种方式开启了一种新的探究途径。如点燃蜡烛后，热在空气中扩散的情形。当对流存在时，热扩散会由于流体的流动而发生复杂的形变，其运动规律满足NS（Navier-Stokes）方程。我们的数值仿真算法就基于NS方程，因此会带了较为复杂的计算，对计算机性能有一定要求。由于流体存在湍流现象，仿真计算还需要加入湍流方程，即流体在越过障碍时，快速流动的液体速度会产生散乱的随机流动现象。

     《金角鱼初中物理》在新授课方面，利用众多杰出教学实践，和仿真技术结合，有效突破多个教学难点和关键点。

     软件在二力平衡、压强、法线的引入、电路动态和电路故障、比热容、凸透镜成像、测定小灯泡电功率、电和热学的微观解释、声音传播的疏密波等很多教学难点和关键点都着力突破，得到了众多老师的应用。

     以“凸透镜成像”为例，《金角鱼初中物理》沿着这个脉络深入：探究凸透镜成实像的规律--凸透镜焦距对成像的影响--物体高度对凸透镜成像的影响--凸透镜成像与光源大小的关系--遮光板对凸透镜成像的影响--凸透镜成像规律的光路分析。 金角鱼三门课程入选首批“上海市素质教育课程项目资源”。

     《金角鱼初中物理》能引发深度学习，刺激主动学习。

     学生置身于仿真环境中，可以充分调动感觉、运动和思维，极大地提高了学习效率。曾经有教育心理学家进行了比较试验，结果表明：仿真教学模式下，学生可以记忆约70%的内容，而传统的“教师讲，学生听”模式下，学生只能记忆约30%的内容。

     与传统的方式相比，仿真教学能为学生提供充分动手的机会、灵活的仿真各种真实情况、设定各种事故及极限运行状态、具备自动评价功能、安全性高、节省开支。除了这些显而易见的优点，仿真教学还有一些超出人们预期的效果：

     （1）调动学生学习主动性。仿真软件一般都是独自操作，独自完成，学生必须开动脑筋认真分析问题，从而才能准确地解决问题。

     （2）开拓想象空间。学生可以反复试验自行设计的实验方案，进行各种各样的设计，并迅速地通过仿真看到结果。

     （3）减轻教师的负担。学生们主观能动性提高了，教师重复性工作量少了。 用新问题新思想新技术，创新初中物理教研形态。中学物理探究式智能情境教学软件情境设计

《金角鱼初中物理》以探究为目的，以情境为内容，以交互为特征。中学物理实验软件让新课标落到实处

     《金角鱼初中物理》提供大量游戏化的实验内容，能促进学生科学思维的提升。

     物理实验天生具有较强的吸引力，中学生好奇且好动，但学生之间存在个别差异，对于某一知识点的理解有时是片面的，学习水平层次不等，部分学生存在畏难的心理障碍。以测小灯泡电功率专题复习为例，习题基本可概括为三大类型：①推导电源规格②推导滑动变阻器规格（滑动变阻器阻值）③推导灯泡规格（灯泡额定电压、额定电流、额定电功率。学生解题解题之前需要掌握各用电器之间关系，这对学生逻辑能力要求较高。

     我们可以通过软件中“九宫格翻牌”游戏的形式对学生先进行逻辑训练。以求“总电压”为例，要想求得总电压，“翻牌”游戏提供了两种途径：一种是横向上，通过灯泡电压UL和滑动变阻器电压UP的相加；另一种是纵向上，通过电路中的电流I和总电阻R总相乘。如果使用第一种方式，那么就想办法得到UL和UP；如果使用第二种方法，那么想办法求得I和R总.。通过游戏，学生能在趣味中体验到解题的快乐，并在潜移默化中逐步培养了逻辑思维能力。 中学物理实验软件让新课标落到实处

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