1，即對稱雙勢壘對某些能量的入射電于是完全透明的、發(fā)生諧振隧穿的物理機制來自于兩個勢壘之間的勢阱內(nèi)電子能量的量子化。當入射電子能量等于勢阱中電子的量子化能級時，諧振現(xiàn)象發(fā)生。

帶電粒子的溝道效應和溝道輻射便是人們發(fā)現(xiàn)的重要現(xiàn)象之一。由此發(fā)展起來的溝道技術在固體物理和原子核物理中得到了廣泛應用，而且還成功地用它來研究了形(應)變超晶格。

2超晶格的粒子輸運

到目前為止，我們并沒有很嚴格地區(qū)分量子阱和超晶格這兩個概念。嚴格說超晶格材料是：量子阱之間的勢壘較薄，各量子阱的束縛能級相互禍合，形成微帶。這種微帶類似于固體中的能帶，但又有很大的區(qū)別，因為微帶是一維的，其布里淵區(qū)很小，且能帶寬度很小。這種特性決定了某些物理現(xiàn)象(如布洛赫振蕩)在一般固體中觀察不到，而在超晶格中應觀察到。Chometre等人用光學方法研究微帶輸運，證明了在超晶格中存在電子、空穴通過微帶的垂直輸運。

超晶格器件中的電子輸運：超晶格器件在結構上的最主要待征則是，在電流傳播方向上具有由多個量子阱層和勢壘層構成的周期性結構，隔開各阱層的勢壘層很薄，具有較大的電子隧穿幾率，電子在沿垂直超晶格平面的方向連續(xù)穿過多個周期勢壘運動。

在超晶格中，帶電的電子在單個量子阱中形成一定的量子能級。超晶格內(nèi)相鄰量子阱中的量于能級通過它們之間的薄勢壘層有一較弱的耦合，因而每一量子能級擴展成一個能帶。由于耦合很弱，形成的能帶較窄，稱作于能帶。設電子的能量為Eb。超晶格周期為d，于能帶寬度為D，電場強度為E，

摘要基于帶電粒子與超晶格的研究基礎，從超晶格中的帶電電子的運動來分析其電導機制，進而討論帶電粒子與超晶格相互作用，可以用來識別超高能粒子，同時利用Melnikov方法分析系統(tǒng)出現(xiàn)Smale馬蹄的臨界條件，提出了帶電粒子同超晶格相互作用過程中，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的混沌行為。

關鍵詞帶電粒子超晶格混沌

1引言

隨著加速器技術的發(fā)展，人們對帶電粒子與物質(zhì)相互作用進行了廣泛而深入的研究。帶電粒子的溝道效應和溝道輻射便是人們發(fā)現(xiàn)的重要現(xiàn)象之一。由此發(fā)展起來的溝道技術在固體物理和原子核物理中得到了廣泛應用，而且成功地將這一技術用來研究超晶格。1970年，Esaki和Tsu首次提出了超晶格概念。最初的超晶格是用兩種晶格常數(shù)相同的材料交替生長，形成一種多層薄膜結構。

帶電粒子在電場的作用下定向運動，從而形成電流。在多體帶電體系中，由于庫侖作用，帶電粒子處于兩種電場中：一是形成定向運動的外電場，二是粒子之間的庫侖相互作用?？紤]分立的多體帶電系統(tǒng)，這時形成電流是由于帶電粒子的隧道效應，從分立的一部分到達分立的另一部分。理論預言，電流一定條件下會中斷。這就是所謂的庫侖阻塞。這是一種帶電粒子的關聯(lián)現(xiàn)象。帶電粒子如電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產(chǎn)生根本性變化。

超晶格中電子態(tài)研究的一個基本環(huán)節(jié)就是隧穿現(xiàn)象，它是一種垂直于因品格異質(zhì)結界面的電子輸運過程。在隧穿問題的研究中，人們最感興趣的是雙勢壘諧振隧穿效應。所謂諧振隧穿是指當電子接連隧穿過兩個靠得很近的勢壘時，隧穿幾率隨入射電子能量的變化會出現(xiàn)致個極大值。對于具有對稱雙勢壘結構，發(fā)生諧振時的電子最大隧穿幾宰等于1，即對稱雙勢壘對某些能量的入射電于是完全透明的、發(fā)生諧振隧穿的物理機制來自于兩個勢壘之間的勢阱內(nèi)電子能量的量子化。當入射電子能量等于勢阱中電子的量子化能級時，諧振現(xiàn)象發(fā)生。

1引言

在“感生電動勢與動生電動勢”一節(jié)中，人教版高中物理選修3-2教材在提出了“磁場變化時產(chǎn)生了電動勢，哪一種作用扮演了非靜電力的角色？”問題之后，就直接給出了物理學家麥克斯韋的結論:磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場———感生電場［1］。以教師視角看，盡管結論非常直接，但卻容易使正處于思維發(fā)散狀態(tài)下的學生感到結論下得既突然又武斷，同時也不利于學生探究能力的培養(yǎng)，難以讓人信服。為此，筆者設計了驗證感生電場存在的實驗。實踐證明，該實驗既達到了培養(yǎng)學生能力的目的，又能增強教學效果。

2設計思路及實驗器材

2.1設計思路。該實驗設計能獲得較強、持續(xù)的變化磁場，并找到一個帶電粒子；在受力作用下，帶電粒子的運動狀態(tài)會發(fā)生改變，若改變的原因能排除是洛侖茲力，則只能是磁場變化時產(chǎn)生的作用力，即感生電場的作用力。2.2實驗器材。FB201-Ⅰ型交變磁場實驗儀、FB201-Ⅱ型交變磁場測試儀、陰極射線管、高壓電源、導線。FB201-Ⅰ型交變磁場實驗儀是集信號發(fā)生、信號感應、測量于一體的多用途教學實驗儀器，它可以在亥姆霍茲線圈中產(chǎn)生磁場。經(jīng)理論計算證明，給亥姆霍茲線圈通入同方向的電流，則兩個線圈的合磁場在軸上(兩線圈圓心連線）附近較大范圍內(nèi)呈均勻分布狀態(tài)［2］。磁場的分布如圖1所示，其中x為軸上某一點到線圈圓心O′的距離，由于通過亥姆霍茲線圈的電流是交變電流，沿兩個線圈軸線方向產(chǎn)生的是均勻交變磁場，具有強度大、持續(xù)時間可人為確定、便于控制的優(yōu)點，其磁感應強度約為1.0×10-3T。FB201-Ⅱ型交變磁場測試儀作為信號源，其激勵信號的頻率、輸出強度均連續(xù)可調(diào)，信號頻率可調(diào)范圍是30～200Hz，分辨率為0.1Hz。亥姆霍茲線圈允許的最大電流是1A(50Hz），每個線圈共為400匝，線圈等效半徑為105mm。帶電粒子由正常工作時的陰極射線管產(chǎn)生，可通過打到熒光板上發(fā)出的淺綠色徑跡顯示粒子的運動狀態(tài)。

3驗證原理

將陰極射線管帶電粒子徑跡方向沿亥姆霍茲線圈圓心連線方向放置，此時帶電粒子運動方向平行于磁場方向，不會受到洛侖茲力的作用，則帶電粒子是直線徑跡，表明沒有感生電場產(chǎn)生；保持陰極射線管帶電粒子徑跡方向沿亥姆霍茲線圈圓心連線方向放置方式不變，給線圈通入交變電流，此時沿兩個線圈軸線方向產(chǎn)生均勻的交變磁場，則帶電粒子的徑跡有規(guī)律地向著兩個相反方向偏轉，表明磁場發(fā)生變化并使電荷受到作用力（即感生電場的作用力），說明有感生電場存在。

摘要：作為高等院校理工科專業(yè)學生的一門必修基礎課，大學物理可以培養(yǎng)學生的科學思想和研究方法，對于后續(xù)專業(yè)課的深入學習非常重要。文章以中國民航大學普通物理課程教學為例，較為系統(tǒng)地分析了物理教學中存在的問題，通過具體實例給出了改進方法。同時，結合教學實際討論了個性化研究性教學的意義和局限性。

關鍵詞：個性化；研究性；物理教學

一、中國民航大學物理教學現(xiàn)狀

中國民航大學坐落于天津市，是中國民航局直屬的以培養(yǎng)民航高級工程技術和管理人才為主的高等學府。目前在校學生28000余人，專職教師1500余人，其中普通物理授課教師30余人。中國民航大學開設有34個本科專業(yè)，6個專科專業(yè)，大學物理是絕大部分專業(yè)的基礎必修課，每學期在學人數(shù)（含重修班學生）約6000人。課程內(nèi)容涵蓋力學、簡諧振動、波動、波動光學、熱學、電磁學、狹義相對論和量子力學基礎，共計120學時，分別在大一下學期和大二上學期開課?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，大學物理教學中存在班級容量大（通常大于120人/班）、課程內(nèi)容豐富、課時緊張等特點。大學物理的教學改革已進行了多年，在教學理念、教學模式等方面都有一定的進步，但仍然存在一些問題，例如：（1）傳統(tǒng)的課堂教學強調(diào)知識的重點、難點，而且過于注重教學內(nèi)容的系統(tǒng)性、邏輯性、數(shù)學演繹等理論知識，與當今高新科技、實際應用脫節(jié)，和專業(yè)融合不緊密，因而工科學生對學習物理課的興趣淡漠。（2）教學中缺乏分層次教學，教師課堂講授過細，用于舉例和題解的時間多，留給學生獨立思考和分析的時間少，學生的主動性沒有得到發(fā)揮，遠不足以使學生有能力運用知識，這不利于學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。（3）在教學過程中發(fā)現(xiàn)，大部分學生雖然掌握了基本的理論知識，但在面對實際問題時不知道該如何入手，解決問題能力差。尤其是在大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練中，同樣發(fā)現(xiàn)學生無法很好地將物理知識與其它學科知識相互結合去解決實際問題。由此可見，為了培養(yǎng)復合型的工程人才，為了提升課程質(zhì)量，針對上述存在的問題，對大學物理教學進行更深層次的改革亟需探索和實踐。

二、個性化研究性教學實例

個性化研究性教學，是以學生成長目標為導向，根據(jù)學生的個性、興趣及發(fā)展目標進行個性化培養(yǎng)[1-3]，形成“以學生為中心、以探索為導向、以教學科研相結合”的教育教學模式，其目的是借助多元化的教學手段來激發(fā)學生自主學習的興趣和動力，挖掘及發(fā)揮學生的潛能，培養(yǎng)學生個人能力特色，促進學生全方位、個性化成長。在傳統(tǒng)的課堂教學中，教師的主要任務是將物理知識傳授給學生，增加學生的知識儲備，而忽略對學生對知識遷移能力的培養(yǎng)。我們認識到，個性化培養(yǎng)模式是提升學生學習興趣、增強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的內(nèi)在要求。我們應尊重學生作為個體的發(fā)展需要，充分考慮每個學生的個體差異，在學生自愿深入學習的基礎上，給予部分學生充分的機會提升自己，進而達到更高層次的學習效果。例如：在教學中，我們會在部分課后布置與課程知識點相關的研究性課題（結合教師自身的科研背景），該類課題不同于常見的課后作業(yè)題，它具有一定的綜合性、前沿性、應用性，需要學生綜合運用多學科知識，如高等數(shù)學、大學物理、計算機等，去解決實際問題。例如，在講授電磁學內(nèi)容時，教師會引導學生利用電磁學基本知識去分析帶電粒子的運動問題，通過計算機實現(xiàn)可視化的帶電粒子的運動軌跡，從而使學生對知識的理解和運用達到融會貫通，不僅如此，還可以鍛煉學生運用綜合知識解決復雜問題的能力。為了幫助學生順利達到課程目標，任課教師對課題由淺入深做了如下設計：（1）帶電粒子庫倫勢的空間結構；（2）帶電粒子在均勻磁場下的運動軌跡；（3）帶電粒子在均勻電磁場下的運動軌跡；（4）帶電粒子在不均勻電場場下的運動軌跡。上述四個物理內(nèi)容的分析如下：假定一個帶電粒子的電量為Q，放置于一個二維x-y空間，根據(jù)庫倫勢基本公式，在Matlab中寫出庫倫勢的表達方式，最后利用直角坐標-極坐標變換關系，做出庫倫勢的空間分布，如圖1所示。在該環(huán)節(jié)中，需要學生理解庫倫勢的表達形式，能夠運用Matlab編程語言，同時還需要學生掌握坐標變換的方法。圖1庫倫勢的空間結構為了強化學生對運動學和電磁學的結合運用，我們在第二、三、四設計了不同層次的分析過程，即在第二個環(huán)節(jié)中，我們設計了較為簡單的情況：帶電粒子Q在均勻磁場B中的運動，假定粒子的初速度分別有垂直于磁場和平行于磁場的分量，利用Matlab語言，圖2給出了帶電粒子的螺旋進動軌跡。該環(huán)節(jié)需要學生能夠推導出粒子的軌跡方程、并且靈活運用Matlab語言實現(xiàn)粒子的運動過程。第三個環(huán)節(jié)中，在均勻磁場的基礎上，增加了垂直于B的均勻電場E，同時考慮兩種質(zhì)量不同的帶電粒子。該環(huán)節(jié)同樣要求學生推導出粒子的軌跡方程，相比第二個環(huán)節(jié)難度要大很多，圖3給出了這種情況下帶電粒子的漂移進動軌跡。圖2帶電粒子在均勻磁場下的運動軌跡最后，第四個環(huán)節(jié)中，我們考慮更為復雜的情況，即磁場為反剪切形式，電場具有一定梯度，同時兩者方向垂直。根據(jù)粒子的運動方程，圖4給出了不同磁場剪切情況下帶電粒子的運動軌跡。在該環(huán)節(jié)中，需要學生自學龍格庫塔或者與預報修正方法對粒子的運動軌跡加以分析，這極大地鍛煉了學生的鉆研精神。通過上述四個環(huán)節(jié)的訓練，學生綜合運用物理、數(shù)學、計算機編程、數(shù)值方法的能力大大加強。在上述訓練中，教師給出研究性課題，同時給出課題的結果，中間實現(xiàn)過程交由學生去完成。該種教學模式的出發(fā)點如下：（1）通過生動的圖像抓住學生的注意力，無形之中激發(fā)了他們的學習興趣；（2）通過圖像的展示，讓學生大致了解本課題的結果，從而有明確的努力方向，并且主動搜集資料補充自己知識庫；（3）通過結果展示，使得學生知曉老師有充足的知識儲備，可以為他們的研究性學習做深入指導；（4）通過結果展示，激發(fā)學生的求知欲，促進教師和學生更深入地交流；（5）通過結果展示，帶動更多的學生投入物理學習，從而提升班級整體學習效果。上述教學方法開闊了學生的眼界，有利于學生發(fā)散思維的訓練以及分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)，學生對物理的學習興趣得到了一定程度的提高，特別是在大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中，參與訓練的學生表現(xiàn)較好，不僅能夠通過自主性學習、團隊協(xié)作順利完成上述課題，并以此為基礎開展下一步的研究工作。在天津市大學生物理競賽中，很多學生也獲得了很好的成績，其中有多人次獲特等獎和一等獎。

一、現(xiàn)代教育技術在教育、教學中的作用

從現(xiàn)代教育技術的功能中可以看出它在教育教學中有如下作用:

1、集中注意，激發(fā)學習動機。注意是學生獲得知識的前提，上課注意力集中學習效果就好，但是人的注意力集中到一定的時間就會分散，幻燈投影、電視、計算機等多媒體，可以直觀地再現(xiàn)客觀事物，它們生動形象的畫面本身就能引起學生的注意。

2、材料直觀，有利感知。學生對學習內(nèi)容的感知，要以大量的感性經(jīng)驗為依據(jù)。學生的感性認識有些是在生活和學習中積累的，大量的還要靠老師講解和學生的觀察。這就要求教師在課堂上講解生動，而且要充分利用電教手段來調(diào)動學生的視、聽感官進行感知，物理教學尤為突出。

3、具體形象，有利理解。電教手段以直觀形象尤為特長，對于突破教學中的難點、突出重點有很好的作用。如物理教學中的楞次定律等一些定律或?qū)嶒灛F(xiàn)象，教學中既是重點，又是難點，這時不妨用動態(tài)的投影片或計算機動畫方式呈現(xiàn)給學生，學生看后就容易理解。

4、提供示范，培養(yǎng)技能。在培養(yǎng)學生的技能時，除教師用語言講解外，還應通過實際動作或有關的視覺材料提供示范，使學生獲得有關練習或操作的印象，有模仿的樣板。如物理實驗，實驗前把實驗過程的錄像播放給學生，再加上教師的講解，學生就會掌握實驗的正確操作方法，可以在短時間內(nèi)較為規(guī)范地完成實驗。

為了更好地推動新課程的實施，促進科學探究在中學物理教學中的應用，湖南省教育科學研究院最近在岳陽中學舉辦了湖南省第二屆中學物理教學創(chuàng)新大賽。大賽以科學探究為主題，參賽選手提供一段反映以科學探究為主題的物理教學30分鐘的錄像片斷及其該課的教學設計方案，接下來將放錄像的參賽選手聽完前面的課后立即評課10分鐘。評委會根據(jù)參賽選手的教學錄像、教案、評課的表現(xiàn)綜合評定獲獎等等。雖然整體情況比較好，但存在一些問題，主要表現(xiàn)在：大部分的高中教師不知道什么是科學探究，以為啟發(fā)式、導探式、解決問題和解答習題就是科學探究;知道科學探究的教師又不知道如何選題，在17節(jié)課中有9節(jié)不適合科學探究課型，知道選題的又不知道如何進行科學探究；初中組的教師上的課雖然形似科學探究課，但只是課堂氣氛轟轟烈烈，學生動手動腦的機會不多，沒有真正形成學生自主學習、合作學習、探究學習的氛圍……究其原因，主要是高中課改以及培訓還未全面推開，初中的培訓還不夠細致、到位，對于新課程改革的理念還未很好地接受和消化。老師們普遍反映需要加強在科學探究這方面的指導和幫助。

什么是科學探究呢?在《物理課程標準》中，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。將科學探究列入內(nèi)容標準，旨在將學習重心從過分強調(diào)知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。學生在科學探究活動中，通過經(jīng)歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程，學習物理知識與技能，體驗科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學的思想和精神科學探究的形式是多種多樣的，其要素有：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。在學生的科學探究中，其探究過程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素?？茖W探究滲透在教材和教學過程的不同部分。

一、物理科學探究課必須是一堂物理課

一堂物理課，應當有一定的課堂結構，對內(nèi)容的處理要詳略得當，不可面面俱到，沒有重點。既要有三維一體的教學目標，又要有流暢的邏輯結構，還必須具有物理特色。按照新的教學理念，教學目標分為三維：知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀。傳統(tǒng)的教學過分地注重知識的傳承，對過程與方法、情感態(tài)度與價值觀未引起足夠的重視。在物理教學中，除了科學知識外，還有科學發(fā)現(xiàn)過程中的科學方法、科學思想、科學態(tài)度等。這些是科學素養(yǎng)中不可或缺的部分。當然，在科學探究課中，情感、態(tài)度和價值觀重在體驗，讓學生在體驗中升華，不可貼標簽或喊口號。

一堂好的物理課必須有流暢的邏輯結構。好的一堂課，宛如一首優(yōu)美的散文詩，一氣呵成。如果一堂課在邏輯上顛三倒四，聽起來就會味同嚼蠟。如“帶電粒子在磁場中的運動”，學生已經(jīng)知道物體做勻速圓周運動的規(guī)律和提供帶電粒子做圓周運動的向心力是洛倫茲力，而某教師在教學中通過一個虛擬實驗讓學生來探究帶電粒子在磁場中的運動半徑與電荷的大不、電荷的質(zhì)量、磁場的大小之間的關系。這個虛擬實驗是建立在上的。這樣做，在邏輯上是不允許的。

一堂物理課必須具有物理特色，要創(chuàng)建真實的物理情景，提供產(chǎn)生“問題”的土壤，有真實的物理實驗作為支撐。從這次比賽的情況來看，絕大部分的問題是教師提出來的，而不是學生提出來的，問題就在于教師沒有提供明確的物理情景，或是聯(lián)系實際、聯(lián)系科技，、生活不夠緊密，致使學生提不出問題。有一種觀點認為，虛擬實驗可以代替真實實驗，讓學生通過虛擬實驗來探究并且以科學家模擬原子彈的爆炸等為例來說明其可能性。要知道，學生要探究的是其中的原理，而不僅僅是結果，最重要的是讓學生在真實的物理實驗中，親身體驗物理過程，領悟物理思想和方法，證實或證偽自己的猜想。

物理習題蘊含著概念、公式、規(guī)律間關系的多樣性，決定了它可以變換不同的方法求解和習題題目的無限化．當前，很多教師和學生為了提高成績，沉緬于茫茫題海之中，花費了不少精力，卻收不到滿意的效果．面對眾多的物理習題，應當對學生加強思維方法的訓練，提高學生的解題能力，才能收到事半功倍的效果．下面談談中學物理常用的思維方法和解題之間的聯(lián)系．

一、正向思維和逆向思維

所謂正向思維就是“循規(guī)蹈矩”，從問題的始態(tài)到終態(tài)，順著物理過程的發(fā)展去思考問題．而逆向思維則是反其常規(guī)，是將問題倒過來思考的思維方法．有很多物理習題，利用正向思維方法解決比較困難或解決起來十分繁瑣，而利用逆向思維卻能收到很好的效果．

例1物體以速度v0被豎直上拋，不計空氣阻力，在到達最高點前0．5s內(nèi)通過的位移為多大？（g＝10m／s2）

分析求解本題用正向思維不好求解，但利用逆向思維可很快求出答案．

若將物體從被上拋至到達最高點這一過程逆向看，將是一個自由落體運動，而此題所求的“到達最高點前0．5s內(nèi)的位移”，正是自由落體前0．5s內(nèi)的位移．則

現(xiàn)代教育技術具有形象、直觀、聲光兼?zhèn)涞膬?yōu)勢。

運用現(xiàn)代教育技術進行教學，可以將視、聽、說、練緊密結合，可以激發(fā)學生學習興趣，突破難點，化難為易，化繁為簡，可以優(yōu)化教學過程，提高課堂教學效率。

農(nóng)村中學一般沒有或僅有一間多媒體教室，教師無法節(jié)節(jié)課都使用現(xiàn)代教育技術教學。但我們可以充分利用現(xiàn)有的電視，再配備數(shù)碼相機進行簡單的現(xiàn)代技術教育教學，同樣可以收到較為理想的教學效果。

教師可以有選擇地從網(wǎng)上下載相關的物理教學資料，再結合學生的實際情況，制成幻燈片或者簡短的課件，利用數(shù)碼相機和電視展示(我使用的數(shù)碼相機是三星SAMSUNGS600數(shù)碼相機，價格1600元左右)，雖然與滿堂的多媒體教學有很大的差距，但實際教學效果很好。

一、演示模擬實驗

物理教學離不開演示或分組實驗，但有些實驗學生只能看出一些表面現(xiàn)象，實驗的本質(zhì)和物理意義學生難以看透，如果在演示實驗之后再用慢動作或電腦動畫將實驗過程放映給學生看，對促進理解有很大幫助。例如，學習機械振動時，大多數(shù)學生很難理解振動圖像，教師雖做了演示實驗，學生對圖像的物理意義仍然難以理解，因為圖像太抽象。為此，我在電腦上制作了動畫，用數(shù)碼相機拍攝下小球振動和木板勻速移動的整個過程，再連接到電視機中放映，這樣學生可以從感觀上理解圖像的意義，學習起來更容易了。學習平拋運動、帶電粒子在電場中的偏轉時，我也是先制作動畫，然后連接到電視上放映，教學上都能收到事半功倍的效果。

摘要：物理是以實驗為基礎的一門學科，仿真實驗可以更直觀、具體、形象地把實驗過程和結果展示給學生。仿真實驗是物理實驗的補充和完善，它并不是要取代傳統(tǒng)物理實驗，它可以打破時間、空間的限制從而更加高效地促進教學的進行。通過這種方式可以提高學生學習物理的興趣，幫助學生建構物理模型提升學生的物理核心素養(yǎng)。本文結合高中物理教學實踐，對比物理實驗的不足結合教學實例對仿真實驗進行研究。探討如何更好地提升高中學生學科素養(yǎng)。

關鍵詞：物理實驗；仿真實驗；高中物理；核心素養(yǎng)

物理實驗在物理教學過程中起著重要作用，通過物理實驗幫助學生建構物理模型。由于傳統(tǒng)實驗受空間和時間因素的制約，仿真實驗的優(yōu)勢正好可以彌補這些缺點。通過這樣一種全新的方式，將課上枯燥乏味的物理現(xiàn)象通過仿真展現(xiàn)出來可以激發(fā)學生學習的積極性，提升高中物理教學的質(zhì)量和效率。

1傳統(tǒng)物理實驗在高中課堂的現(xiàn)狀

1.1物理實驗的難度較大

物理學是以實驗為基礎的一門科學，《普通高中物理課程標準》明確了物理實驗在高中課堂教學中的地位的重要性。新課程標準將科學探究和物理實驗能力放在首要的位置[1]。由于初中物理實驗現(xiàn)象簡單、直觀、清晰，學生易于理解。初中物理階段只是培養(yǎng)學生學習物理興趣，初中生對物理實驗的認知是感性認識，分析問題也是簡單的定性分析。但是高中階段的物理實驗往往比較抽象復雜，還有一些定量計算和數(shù)據(jù)處理，有時出現(xiàn)誤差使得實驗得到的結果有較大的出入。

[摘要]本文運用幾何畫板在高中物理教學中展開了教學輔助研究。通過具體實例在課堂教學中的實踐探究，如：火星逆行、小船過河、帶電粒子在磁場中的運動，有效構建物理模型，獲得了意想不到的教學效果。

[關鍵詞]幾何畫板;輔助教學;實例探究

幾何畫板在構建物理模型時有其簡潔、直觀的特點。我選取了以下物理模型做了研究。

一、火星的逆行

人教版必修二第六章第一節(jié)介紹了行星的運動，其課后閱讀材料中介紹了火星的逆行?；鹦窃谔炜罩袆澾^的軌跡和太陽月亮不一樣，不是總是自東向西的，有一段時間是向東運動的，稱之為火星的逆行。（如下左圖所示，每天晚上火星在天空中的位置都會變化。）學生對這個問題很感興趣，火星的逆行用日心說和地心說都能解釋。利用日心說解釋時，以太陽（Sun）為中心，用幾何畫板畫兩個圓（實際為橢圓，這里近似為圓），使圓上兩個點運動?；鹦寝D得慢，地球轉得快。所以某些時候，地球和火星在靠近，某些時候又在遠離。如上右圖所示。利用地心說來解釋火星逆行比較困難，但是利用幾何畫板在課堂上就可以輕易重復幾千年以前托勒密所做的工作。見下圖，其中托勒密假設了本輪、均輪，解釋了為什么從地球的角度看火星運動會有逆行。通過幾何畫板，以地球（Earth）為中心，先畫出本輪，然后在本輪上選一個點，畫出均輪，均輪上再選一個點，即火星（Mars）。通過動畫功能，讓均輪圓心和火星運動起來，就很輕松地模擬了火星的逆行。如下左圖，圖中軌跡即火星軌跡?？梢钥吹?，很好地解決了火星逆行的圖線問題。其問題實質(zhì)是參考系的變換。選擇地球為參考系，太陽繞地球轉，火星又繞太陽轉，而火星相對太陽轉得比地球更慢些。而同樣的工作，通過數(shù)學公式去計算，則相當?shù)某橄?。利用幾何畫板就可以突出問題的重點，即物理問題本身，不需要解決復雜的數(shù)學難題，直接就能講清物理問題。該問題的拓展，如果本輪和均輪速度相同，則看不到火星的逆行，通過幾何畫板，調(diào)節(jié)兩者速度相同，即可看到這一點，如上右圖。

二、小船過河