在STEM教育中,模拟实验是一种很常见的方法,能够让学生课堂中直观的认识科学现象。科技学堂教育科技栏目将为你介绍模拟实验平台PhET,共173款模拟软件,让你的课堂丰富多彩。


PhET全称是Physics Education Technology,是由美国科罗拉多大学博尔德分校教授,2001年诺贝尔物理学奖获得者卡尔·威曼(Carl Edwin Wieman)所创立的一个模拟实验平台。

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(2001年,瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫为卡尔·威曼颁发诺贝尔奖 via nobelprize.org)


卡尔·威曼是不仅是当今最顶尖的凝聚态物理学家,同时也是美国科学教育的先驱和倡导者。在科罗拉多大学担任科学教育计划主任期间,他创建了免费模拟实验应用平台PhET,这是一个促进STEM教育发展的非盈利组织,从小学生到大学生,从都可以在平台上找到合适的实验。为了方便全世界学生学习,它被翻译成数十种不同语言,其中所有模拟都被翻译成中文版,点击即可进入中文页面:https://phet.colorado.edu/zh_CN/

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PhET所覆盖的学科包括物理、生物、化学、地球科学和数学五大学科,共173款不同类型的模拟软件,内容格式分别为Java、Flash和HTML5。下面我们以“光的折射”作为案例,看看PhET是怎么进行实验模拟的:


首先进入页面,可以看到有三款模拟,分别是简介、棱柱和更多工具,适合不同基础的学生进行探索。

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首先我们进入简介,模拟的是光在某个界面上的反射情况,默认的情况是光从空气射入水面,你可以调节右边两个选项框,设计光射入玻璃或者自定义介质(调节折射率),探究折射率对光的折射路径的影响。

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在左下角的工具栏中,你可以调用量角器和光强计,来认识光线折射的物理规律。

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第三个模拟“更多工具”与“简介”类似,但增加了周期、速率和角度三项新的工具,而且你可以调节光的波长,来模拟不同类型光折射的原理

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在第二个模拟“棱柱”,是模拟光进入棱柱之后的折射现象。在这个模拟中,你可以选择让光线进入三棱柱、棱台、四棱柱、球体和凹透镜、凸透镜,看看它们之间的折射有什么规律。而光源的选择你也可以选择一束光、多束光还是白光,光波长度也可以自由选择。

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同样的,它也有很多辅助工具可以选择,在下方菜单栏中选择是否显示光的反射、增加法线和量角器工具,探索更复杂的现象。下图为一束红光在三棱柱中复杂的折射和反射过程。

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像“光的折射”这样的模拟实验不仅能在课堂中向学生描述清楚折射的规律,同时也能让学生自主探究不同介质下的物理现象。而这一点是真实实验中成本巨大甚至是无法做出来的。


PhET上所有的软件都可以免费下载或嵌入代码,你可以在课件上插入模拟软件,而不必访问网站。

(下载模拟实验方法)


此外,PhET也是一款跨平台的软件,除了在电脑中下载之外,你还可以通过移动端设备使用PhET,目前仅推出iOS版,只有iPad都可以使用。

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PhET Simulations

RMB 6元


在AppStore上可下载(仅iPad

在课堂中,PhET提供的模拟实验为学生理解实际现象:用可视化的方式揭示微观现象;用象征的画面把复杂的现象简化;用多种工具设计可控的实验;用图表表示实验的定量关系。


这种模拟的方式很受教师的欢迎,诺贝尔奖获得者卡尔·威曼也经常在课堂中使用PhET:

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(卡尔·威曼在大学课堂中使用PhET  via PhET)


在中学的教学中,PhET也为你的课堂。学生利用PhET模拟现实中的实验,在调试各种变量的过程中,建构起自己的知识体系。

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最后,给大家三点使用小建议:

使用小Tips:

为了达到最好的使用效果,建议用电脑打开PhET网站。

在谷歌或百度搜索PhET均可进入网站。

下载之后,你可以不通过网络连接来运行模拟软件;而嵌入代码功能可以方便你在PPT中通过点击某张图片的形式打开软件,但必须联网。