AR技术在物理实验教学中的应用与实践

物理实验教学在各级学生教育与培养中都占据了相当重要的地位。但是,仅依托于实验器材进行教学,存在着实验室资源有限、预习效果不佳、不利于器材维护与增加运行成本等诸多不足之处,通过引入AR等虚拟仿真实验可以有效解决这些问题。鉴于此,我们将AR技术与传统纸质教材和实验仪器或实验装置实物进行结合,学生通过手机等移动端就可以观看实验仪器或装置的内部三维模型和三维动画等内容,实现了仪器或实验现象的可视化和交互化操作,打破了实验仪器"黑盒子"或实验现象不可见的限制,大大提高了学生对物理实验的学习兴趣与热情,提高了预习和教学效果,增强了实验资源对课内课程、课外实践的支撑力。同时,该方法不需要专门配备VR眼镜等装备,易于大规模应用和推广。     

夫兰克-赫兹实验的计算机仿真

为了利用现代化的手段改进实验教学，我们研制了F-H实验的计算机仿真系统。该系统以计算机动画技术模拟了F-H实验的各种仪器。学生脱离现实的实验仪器，通过键盘操作完成实验操作。实验中教师专家系统随时进行指导和评估，加深学生对实验原理的理解。该系统把教材、教师指导、实验操作和学生的独立思考熔为一体，增加了实验的趣味性和可重复性，激发了学生做实验的热情，极大地提高了实验教学的效果。     

浅谈如何实施初中物理实验教学目标

现行初中物理教材,实验占有很大的比重。通过这些实验,一方面可以帮助学生观察物理现象,加深认识和理解物理规律;另一方面,要求学生学会一些物理实验的方法,初步培养实验能力。但对于初中学生实验能力的培养,要达到什么水平?怎样达到这样的水平?是一个值得深入研究的问题。近两年来,我在教学过程中,参照布鲁姆的教学目标“认识领域分类学”的理论,并根据初中学生的心理特点,按照认识的发展规律,把初中物理实验教学目标划分了四个层次:一是认识仪器;二是理解如何使用和操作仪器;三是掌握实验技能和实验方法;四是应用。一、认识仪器初中物理实验要求学生认识一些常用仪器,能叫出仪器名称及组成部分。例如:天平有底座、横梁、托盘、刀口、砝码、游码、横梁螺母、指针、止     

是“教物理教材”还是“用物理教材教”——大学物理《热学》教学改革的尝试及其提供的启示

大学物理课程的学习应该有助于学生理解和领悟渗透在物理学内容中的物理思维观念和物理学方法以及它们的发展过程.为此教师首先需要实现教学理念的转变,要把“教物理教材中的内容”转变为“用物理教材既教内容,更点拨方法”.我们以热学教学改革为例,把对物理概念的建立和方法的引导融合在内容的展开过程中,一改以往考试让学生做几道计算题的做法,把对观念和方法的理解作为检验学生学习的基本要求,收到了较好的教学效果.     

坐标算符在动量表象中表示式的一种引入方法

在量子力学教材中,坐标算符在动量表象中的表示只是给出最终的结果,很少提及其详细的推导过程,这将使学生在学习量子力学过程中产生相应的疑惑.还有的是利用自由粒子是平面波的基本假设和狄拉克δ函数来推导坐标算符在动量表象中的表示,比较抽象和复杂,在教学中不利于学生的深入理解.本文另辟新径通过在泰勒展开的基础上引入了泰勒平移的概念,最后根据对易关系和泰勒平移来推导坐标算符在动量表象中的表示.该方法在教学过程中具有启发性,更有利于学生对这部分内容的理解.     

“直线运动”说课设计

1教材分析1.1教材地位"直线运动"这一模型在运动学中乃至整个初中物理中占有极其重要的地位,它是学生接触到的最简单、最基本的运动模型.新课标苏科版物理教科书将"直线运动"编排在了8年级上册第五章的第三节.学生学习本节内容前,已对声、热和光等物理知识有了初步的感性认识,初步体验到了物理学中的一些研究思路与方法;尤其是学生对"长度和时间的测量"的探究,对速度概念的理解,更为学习"直线运动"作充分的知识与思路、方法上的准备.     

对影响动能的因素探究实验的改进

物理是一门以实验为基础的学科,通过实验教学,可以提高学生的实验探究能力,观察分析能力,更深刻的帮助学生夯实物理基础知识和熟练掌握基本技能;能够促进学生更加准确地理解概念、原理、规律;培养其科学的学习方法和态度,同时也可训练学生的思维能力、创新能力.但乡镇农村中学,以前实验仪器的配备与现行教材安排的实验不一致,部分实验不能达到预期效果,更不能满足学生实验的需求.     

仪器分析理论课程教学实践与探索

仪器分析是一门实践性较强的专业基础课,其原理抽象、理论性强、内容广泛。在分析了仪器分析课程特点及实践教学中出现的问题的基础上,对该课程的教学模式及观念提出了改革措施,以激发学生学习兴趣,提高课堂教学效率,培养学生创新及实践能力。     

高中物理新教材中的学习设计研究——以人教版高中物理新教材必修1为例

教材中的学习设计是指教材在体现学生学习理论和指导学生学习策略方面的技术路径和呈现方式.基于学习心理学从体现学习理论和指导学习策略两个维度建构了分析教材学习设计的指标体系,通过对人教版高中物理新教材必修1中学习设计的分析,发现教材在多个方面体现了学习理论与学习策略.     

虚实结合混合式大学物理实验预习模式的实践

针对传统大学物理实验预习中存在的学生对实验原理理解不深,无法接触实验仪器等问题,提出了基于虚拟仿真实验预习和全开放预习实验室的虚实结合混合式大学物理实验预习模式,该模式依托虚拟仿真实验预习和全开放预习实验室进行大学物理实验预习,将线上虚拟仿真实验预习和线下全开放预习实验室学习有机融合,充分发挥了远程网络学习和本地学习的优势,提高了学生自主预习兴趣、预习质量和预习效果.     

基于学习进阶理论的中学物理规律教学策略——以人教版“牛顿第三定律”为例

学习进阶是当前国内外教育教学研究热点,被誉为提升学生学习效率的灵丹妙药.学习进阶视域下的高中物理规律教学策略包括以“教材分析”为进阶基础、以“学生实情”为进阶起点、以“核心素养”为进阶终点、以“发展层级”为进阶水平、以“教学反思”为进阶评价,这些教学策略不仅可以指导物理教师教学、提高教学效率,也可以深化物理规律理解、发展核心素养.     

《信号与系统》理论与实验课程有效融合方式探讨

针对《信号与系统》实验与理论课程分开排课,造成的课时不同步,实验课不能有效提升学生对理论课的理解问题,笔者提出一种将理论课搬进实验室的教学方案。该方案将实验与理论课进行有效融合,既能突破传统理论课中生硬理论公式的推导和记忆,结合看得见摸得着的硬件设备,帮助学生形象生动地理解公式;又能克服传统实验教学中学生只注重实验效果,不注重理解实验本质意义的问题。教学实践表明:该方法能够显著提升学生对本门课程的兴趣,对于改革方案中所涉及到的知识点,实验组学习的速度、理解的深度,都显著优于传统授课班级。     

结合传感器的磁滞回线实验可视化演示

利用电压、电流传感器,通过数据采集装置和计算机,对铁磁材料磁滞回线测量实验仪进行改进。改进后的仪器能够将励磁电流和铁磁材料中的磁感应强度实时显示出来,使得我们能够在该实验教学过程中,把实验中的磁锻炼、退磁、磁化曲线以及磁滞回线的测量过程以图像化的方式演示出来,即方便了教师的操作演示也有利于学生对实验的理解。     

国外两种风格的理论力学教材给我们的启示

本文分析比较了近年出版的一些国 外理论力学教材，认为这些教材的风格大致可分为两类：一类着重抽象理论，对学习理论物理的学生有利；另一类也讲述系统理论，同时又 讨论了许多工程实际和自然现象中的力学问 题，对于学习应用物理和技术开发的学生有 利．可见，具有后一特色的教材我们也是需要 的．     

光敏电阻综合演示仪的设计

设计了既能验证光敏电阻的原理,又能演示光敏电阻应用的综合演示仪.在论述光敏电阻工作原理的基础上,提出了演示仪器的设计方法和仪器的结构框图,并给出了光敏电阻实际应用的电路原理图.该仪器在演示实验中应用,不仅可以提高学生对光敏电阻工作原理的理解,也能够提高学生对光敏电阻实际应用的了解,提高学生的动手能力与实践能力.     

大学物理实验MOOC及教材的建设与探索

建设了国内首门大学物理实验MOOC并撰写了配套教材.实验MOOC及教材的建设应立足于信息技术与教育教学深度融合大环境下的新型教学培养模式,遵循科学性、多元性、动态性以及实用性的原则.以此建设的大学物理实验MOOC以虚拟仿真实验、自主实验以及远程控制实验为主体,以案例式教学为特征,教学采取对于给定实验目标(每个案例相互独立),以物理建模为主线,充分挖掘实验思想以及关注模型成立条件等方法.教材撰写以同样理念为指导,有机整合课程平台内容,同时在编排形式上进行了改革.如正文中对测量模型及讨论的套色加框,空白宽边中的提纲挚领,重点醒目突出;余留的空白宽边可使学生与教材互动,有助于学习效率提升.     

基于目标分类的物理演示实验教学方法探索与实践

基于学生的认知过程从简单到复杂、由具体到抽象的普遍规律,提出了基于目标分类的物理演示实验教学方法.该教学方法先后通过教师的原理讲解和仪器演示加深学生对物理知识的记忆和理解,学生互动体验了解物理原理的具体应用,师生讨论总结揭示实验现象的物理原理.以学生为主体的演示实验教学,能够让学生在操作物理演示仪器的过程中发现问题、解决问题,并以此激发学生的创造性思维,进而鼓励学生自制物理演示仪器.     

霍尔位置传感器法测杨氏模量预习系统的设计与实现

通过设计霍尔位置传感器法测杨氏模量实验的预习系统,可帮助学生学习霍尔位置传感器法测杨氏模量实验仪器的功能及使用方法,并通过模拟实验装置仪器,使学生熟悉实验过程。阐述了该系统的主要功能模块,着重介绍了模拟实验操作的关键技术及实现方法。     

势垒隧穿含时演化的Julia数值模拟

势垒隧穿是初等量子力学中的一个重要模型,但由于求解其波函数涉及超越方程,因此在许多初等量子力学教材中往往着重对透射系数的讲解,很少提及其波函数演化,在部分教材中虽有提及,但往往采用图解法,不利于初学者对该过程的理解。本文针对这一问题,提出了一种便于初学者理解的数值计算方法。该方法根据矩阵力学的向量化思想,将薛定谔方程中的波函数与算符分别以向量和矩阵的形式进行离散化,并利用Julia编程对几种势垒情况下的波函数隧穿的含时演化进行数值模拟。     

“光的衍射”实验改进

1 原教材中的实验 原教材中的2521型学生实验仪的单缝是采用真空镀铬工艺镀铬在玻璃片上.镀铬的部分像镜子一样反光,不能透光;不镀铬的部分(即单缝所在位置)则透光.将此单缝与激光器、光屏依次安装在光具座上.调整三者的高度(使之在同一水平线上)和距离,使激光照射单缝,在光屏上投下的衍射条纹. 在实际教学过程中,教师除了要让学生观察到单缝衍射的图样外,还希望通过实验让学生观察产生明显衍射的条件及不同缝宽的衍射图样的不同,而原器材中只是配有两种不同缝宽的单缝,这是此仪器的不足之一;其次,我们知道光不仅遇到狭缝会出现衍射现象,在遇到障碍物时一样会出现衍射现象,而该仪器就无法做到这点,这是此仪器的不足之二.