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《金角魚(yú)初中物理》是基于數(shù)值仿真和人工智能的初中物理探究式智能情境教學(xué)系統(tǒng)。它所應(yīng)用的技術(shù)主要是數(shù)值仿真(CAE)和人工智能(AI)。金角魚(yú)建立了物理對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方案,形成高精度、高魯棒性的CAE技術(shù)。仿真對(duì)象有電路、分子、熱機(jī)、滑動(dòng)、齒輪、流體、運(yùn)動(dòng)、聲波、音階、光路、柔性物體等。金角魚(yú)構(gòu)建了壓力或壓強(qiáng)等數(shù)字傳感器,形成直觀精密的探究環(huán)境。它還能對(duì)電路/滑輪組/光路等用戶(hù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行智能評(píng)估。“金角魚(yú)”,是仿真技術(shù)和科學(xué)教育產(chǎn)品研發(fā)基地。初中物理模擬平臺(tái)
利用《金角魚(yú)初中物理》,做科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn)。
物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,物理規(guī)律的建立,無(wú)一不是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),并受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)??茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)器材的選擇,到實(shí)驗(yàn)步驟的確立,再到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和處理,都體現(xiàn)著物理學(xué)科的素養(yǎng)。
為了確保實(shí)驗(yàn)的定量和有效,必須有規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)輔助教學(xué),然而在某些特殊驗(yàn)中,由于實(shí)驗(yàn)器材的限制,規(guī)范實(shí)驗(yàn)自然無(wú)從談起。此時(shí)金角魚(yú)便體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì),可以讓學(xué)生直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。還可以讓學(xué)生利用模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn),提升學(xué)習(xí)的興趣。 初中物理交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)金角魚(yú)是老師教學(xué)的好幫手,學(xué)生學(xué)習(xí)的得力助手。
《金角魚(yú)初中物理》在教學(xué)難點(diǎn)突破上舍得下苦功夫、深功夫。
比如,為了突破“比熱容”這個(gè)公認(rèn)的教學(xué)難點(diǎn),金角魚(yú)專(zhuān)門(mén)推出了“比熱容-熱學(xué)”板塊,在金角魚(yú)公眾號(hào)上開(kāi)設(shè)了“熱學(xué)十八回”講座。
這個(gè)模塊涵蓋溫度、P-V-T關(guān)系、熱傳遞、比熱容、分子運(yùn)動(dòng)等18個(gè)方面的探究目標(biāo)和互動(dòng)探究情境。從零號(hào)定律出發(fā),深入到分子領(lǐng)域,探究溫度的本質(zhì);把功和熱聯(lián)系起來(lái),初步探究比熱容;從分子運(yùn)動(dòng)層面,對(duì)影響比熱容的因素進(jìn)行更深入的探究等。
為了攻克“比熱容”這個(gè)普遍的教學(xué)難點(diǎn),金角魚(yú)研發(fā)團(tuán)隊(duì)不但研讀了多本中國(guó)的大學(xué)教材,還研讀了多本歐美極富盛名的大學(xué)教材。
這些歐美的相關(guān)教材,動(dòng)不動(dòng)厚達(dá)2000頁(yè)以上。在其中,金角魚(yú)看到了國(guó)內(nèi)教學(xué)上的差距,得到了很多啟發(fā)。
《金角魚(yú)初中物理》提供大量游戲化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的提升。
物理實(shí)驗(yàn)天生具有較強(qiáng)的吸引力,中學(xué)生好奇且好動(dòng),但學(xué)生之間存在個(gè)別差異,對(duì)于某一知識(shí)點(diǎn)的理解有時(shí)是片面的,學(xué)習(xí)水平層次不等,部分學(xué)生存在畏難的心理障礙。以測(cè)小燈泡電功率專(zhuān)題復(fù)習(xí)為例,習(xí)題基本可概括為三大類(lèi)型:①推導(dǎo)電源規(guī)格②推導(dǎo)滑動(dòng)變阻器規(guī)格(滑動(dòng)變阻器阻值)③推導(dǎo)燈泡規(guī)格(燈泡額定電壓、額定電流、額定電功率。學(xué)生解題解題之前需要掌握各用電器之間關(guān)系,這對(duì)學(xué)生邏輯能力要求較高。
我們可以通過(guò)軟件中“九宮格翻牌”游戲的形式對(duì)學(xué)生先進(jìn)行邏輯訓(xùn)練。以求“總電壓”為例,要想求得總電壓,“翻牌”游戲提供了兩種途徑:一種是橫向上,通過(guò)燈泡電壓UL和滑動(dòng)變阻器電壓UP的相加;另一種是縱向上,通過(guò)電路中的電流I和總電阻R總相乘。如果使用第一種方式,那么就想辦法得到UL和UP;如果使用第二種方法,那么想辦法求得I和R總.。通過(guò)游戲,學(xué)生能在趣味中體驗(yàn)到解題的快樂(lè),并在潛移默化中逐步培養(yǎng)了邏輯思維能力。 金角魚(yú)云平臺(tái)有助于重塑以課堂文化為主的學(xué)校文化。
《金角魚(yú)初中物理》中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的暫停功能,能有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。
目前,上海市的中學(xué)物理教材采用螺旋式上升的編寫(xiě)模式,基本圍繞力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)及原子物理等內(nèi)容。其中內(nèi)容的要求不斷螺旋上升,我們可以利用軟件圍繞重要概念展開(kāi)的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與活動(dòng)。比如電學(xué)這一章節(jié)實(shí)驗(yàn),我們可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自主體驗(yàn)學(xué)習(xí),從簡(jiǎn)單的基本的電路出發(fā),經(jīng)歷串并聯(lián)連接、電流表和電壓表的使用方法、再到用歐姆定律測(cè)電阻、測(cè)定小燈泡電功率等知識(shí)。根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)之初所具有的人性化功能,使得學(xué)生在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠暫停、重組。這些人性化功能很好為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了有效的途徑。通過(guò)金角魚(yú)模擬實(shí)驗(yàn)嘗試,學(xué)生不僅能夠利用軟件中的溫馨提示功能加強(qiáng)自己對(duì)錯(cuò)誤的理解與關(guān)注,更能夠讓學(xué)生從錯(cuò)誤中汲取教訓(xùn),從而糾正錯(cuò)誤。真正學(xué)會(huì)操作方法與步驟。通過(guò)完成一個(gè)個(gè)設(shè)定的任務(wù)后,達(dá)到學(xué)會(huì)知識(shí),促進(jìn)科學(xué)思維,提升能力的目的。 金角魚(yú)開(kāi)展《融合仿真技術(shù)的初中物理學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)法實(shí)踐研究》工作坊。初中物理交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
有了金角魚(yú),物理更容易。初中物理模擬平臺(tái)
《金角魚(yú)初中物理》倡導(dǎo)學(xué)生:要發(fā)揮感性、提升感覺(jué)能力。
以初中物理聲學(xué)為例。聲學(xué)部分,不是考試的重點(diǎn),也不是老師關(guān)注的板塊。但是,“聲”是耳朵所感受的東西,它是鮮活的、有趣的,是能激發(fā)孩子科學(xué)興趣的。我們不可切斷或漠視這個(gè)孩子與世界發(fā)生聯(lián)系的途徑。
在聲音的產(chǎn)生與傳播中,我們引入了貝多芬的《致愛(ài)麗絲》,原名《a小調(diào)巴加泰勒》;我們還設(shè)計(jì)了擁有三個(gè)八度的琴鍵,在彈奏中探究音樂(lè)背后的科學(xué)。
感性導(dǎo)致的理性,才是真的理性,否則就是教條。我們需要知識(shí)建構(gòu),但是這個(gè)知識(shí)建構(gòu)一定不是沒(méi)有感性基礎(chǔ)的,一定是連接我們豐富感受和科學(xué)探究之間的橋梁。
教科書(shū)的生硬、應(yīng)試的導(dǎo)向、課堂的沉悶、社會(huì)的急功近利,已經(jīng)極大地壓制了孩子們的感性。釋放感性就是解放孩子、解救教育。 初中物理模擬平臺(tái)