金角鱼初中物理模拟实验软件教学应用和价值

     金角鱼教研共同体正在积极探索初中物理教学新模式和新方法。

     对于初中物理教学，普遍存在情境创设乏力、学生动手操作机会较少的情况；诸多教学难点的解决呼唤新的技术手段，如二力平衡、电学故障等。为提高学生学习兴趣、参与度和学习效果，在物理教学的诸多环节需要创设更多生动、直观、能激发学生思维的互动情境。为解决上述问题，金角鱼把数值仿真和人工智能技术引入到初中物理教学中。

     2020年2月上海奉贤区教育学院教学研究中心和上海金角鱼软件有限公司联合发起《在线教学背景下初中物理课堂教学与金角鱼初中物理软件的有效整合教学研究》项目。该项目先在上海古华中学等十余所奉贤区学校实施，后来扩展到上海的杨浦区、闵行区、浦东新区、嘉定区，进而又延伸到江苏省和浙江省的部分学校。据不完全统计，该项目累计涉及学校500所以上、教师1500名以上。随着实践的深入，本项目后来演变为《融合仿真技术学科素养导向的初中物理教学法实践研究》。

     该项目目的是运用数值仿真和人工智能技术焕发初中物理教学活力，造就学生探究式学习的场景，激发学生动手、动脑、动心、动情，改变“教”和“学”的模式；探索用新的方法和工具武装新一代教师，培养学科素养达标的高素质学生。 金角鱼提供大量生动的互动情境，学生能在做中学，老师能在互动中教。金角鱼初中物理模拟实验软件教学应用和价值

     利用《金角鱼初中物理》，做探究实验。

     金角鱼不仅包含大量学生实验以及演示实验，还包括很多探究实验。实验界面效果逼真，实验数据准确客观，实验设计科学合理，是在线实验教学非常好的选择。

     以“测定小灯泡的电功率”为例，该实验是初中物理中非常重要的实验之一，学生从实验器材的选择，到实验表格的设计，再到实验电路的连接和数据的读取，都需要严谨而规范的操作。该实验软件首先提供了让学生自己动手连接实物的机会，而且只有所有操作全部规范，连接全部正确之后才可以正确读数，否则就会出现和实物器材一样的实验现象或者报警。电路连接好之后，可以利用放大镜功能读取数据并对数据进行处理，还可以对实验中的故障进行分析，便于学生进一步理解实验过程， 金角鱼初中物理(学校版)教学软件是老师的好帮手金角鱼初中物理，为师生赋能。

     《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。

     利用《金角鱼初中物理》，做趣味实验。

     金角鱼除了包含常规实验之外，还有很多趣味实验和游戏实验，让学生利用所学知识解决问题。例如，需要学生利用光的反射知识，通过添加宝石将光线反射到目标宝石处的“反射游戏”；利用杠杆的平衡条件知识，将重物进行摆放，让杠杆在水平方向保持平衡的“杠杆游戏”。

     不仅学生可以亲自动手做，趣味实验作为老师授课时的导入素材，或者课后的个性化作业，更能在学习知识的同时提升学生的学习兴趣。 金角鱼希望帮助老师加深对教材、对学生理解，强化自己的教学水平，以适应信息时代带来的挑战。

     《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。 金角鱼云平台有助于重塑以课堂文化为主的学校文化。中学物理软件（学校版）覆盖学生必做实验

初中物理课堂教学与《金角鱼初中物理》教学软件有效整合的教学研究。金角鱼初中物理模拟实验软件教学应用和价值

     《金角鱼初中物理》倡导学生：要发挥感性、提升感觉能力。

     以初中物理声学为例。声学部分，不是考试的重点，也不是老师关注的板块。但是，“声”是耳朵所感受的东西，它是鲜活的、有趣的，是能激发孩子科学兴趣的。我们不可切断或漠视这个孩子与世界发生联系的途径。

     在声音的产生与传播中，我们引入了贝多芬的《致爱丽丝》，原名《a小调巴加泰勒》；我们还设计了拥有三个八度的琴键，在弹奏中探究音乐背后的科学。

     感性导致的理性，才是真的理性，否则就是教条。我们需要知识建构，但是这个知识建构一定不是没有感性基础的，一定是连接我们丰富感受和科学探究之间的桥梁。

     教科书的生硬、应试的导向、课堂的沉闷、社会的急功近利，已经极大地压制了孩子们的感性。释放感性就是解放孩子、解救教育。 金角鱼初中物理模拟实验软件教学应用和价值

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