一、研究背景
(一）教育信息化发展趋势
在当今数字化时代，信息技术正以前所未有的速度融入教育领域，推动教育教学模式发生深刻变革。从在线课程的广泛普及，到智能教学工具的多样化应用，教育信息化已成为提升教育质量、促进教育公平的重要手段。《教育信息化2.0行动计划》明确提出，要推动信息技术与教育教学深度融合，实现从专用资源向大资源转变、从提升师生信息技术应用能力向全面提升其信息素养转变。
（二）初中物理教学的特殊需求
初中物理是学生接触物理学科的启蒙阶段，对培养学生的科学思维、探究能力和实践精神至关重要。实验教学在初中物理教学中占据核心地位，它不仅能帮助学生理解抽象的物理概念和原理，还能锻炼学生的动手能力、观察能力以及分析问题的能力。然而，传统的初中物理实验教学面临诸多挑战，亟待新的教学手段和方法来突破困境。
（三）传统课堂小实验的局限性
传统初中物理课堂小实验虽具有一定教学价值，但受多种因素限制，难以充分发挥实验教学的作用。在时间上，课堂教学时间有限，一些复杂实验难以在规定时间内完成，进而影响教学进度。在空间方面，学校实验室场地和设备数量有限，无法满足所有学生同时进行实验操作的需求。在器材方面，部分实验器材价格昂贵且易损坏，学校难以大量配备；而且器材的老化、损耗等问题也会影响实验的准确性和可操作性。
（四）虚拟实验技术的兴起
随着计算机技术、虚拟现实技术的不断发展，虚拟实验技术应运而生。虚拟实验软件能够模拟各种真实实验场景，为学生提供一个全新的实验学习环境。NB物理实验作为一款具有代表性的虚拟实验软件，凭借其零成本、可重复、无时空限制等优势，逐渐在物理教学中得到应用。它能够弥补传统课堂小实验的不足，为初中物理实验教学带来新的契机。这也促使教育工作者深入探究其与传统课堂小实验的融合路径，以优化初中物理教学，提升学生的学习体验和学习效果。
二、理论基础与教学效果论证
(一)理论基础
建构主义学习理论：该理论强调学生主动构建知识体系。将课堂小实验与NB物理实验这两种实验方式相融合，能够为学生提供丰富多样的学习情境。课堂小实验贴近生活实际，学生可以基于已有经验进行操作，从而快速建立起对物理现象的初步认知；而NB物理实验则在虚拟环境中进一步拓展知识的深度与广度，学生通过自主操作、探索，将新知识与原有的认知结构相关联，实现知识的主动建构。
多元智能理论：该理论认为学生具有多种智能类型，如空间智能、逻辑一数学智能、身体一动觉智能等。课堂小实验主要锻炼学生的身体一动觉智能，学生亲自动手操作实验器材，在实践中感受物理知识;NB物理实验则侧重于培养学生的空间智能和逻辑一数学智能，学生通过观察虚拟实验中的图形变化、数据变化，进行逻辑分析和推理。两种实验方式的融合，能够满足不同智能类型学生的学习需求，促进学生的全面发展。
(二)教学效果
提升学习兴趣：初中学生好奇心旺盛，传统单一的实验教学容易使学生感到枯燥乏味。课堂小实验具有简单有趣、贴近生活的特点，能够迅速吸引学生的注意力，激发他们对物理学习的初始兴趣：NB物理实验凭借高度仿真、丰富多样的实验场景，持续为学生带来新鲜感和探索欲望，进一步维持和提升学生的学习兴趣。
提高知识理解与应用能力：课堂小实验能够让学生获得直观的感性认识，为抽象知识的理解奠定基础；NB物理实验则通过精确的模拟、数据展示等方式，帮助学生从定性理解深入到定量理解物理原理。以“浮力"教学为例，在课堂小实验中，学生使用弹簧测力计测量物体在水中受到的浮力，初步感知浮力的存在；而NB物理实验能够模拟不同液体密度、物体形状等情况下浮力的变化，并通过公式计算展示浮力大小，让学生理解浮力的本质及影响因素。
三、NB物理实验与初中物理课堂小实验概述
(一)课堂小实验特性
初中物理课堂小实验多由教师演示或学生随堂操作，其实验原理紧密贴合教材知识点，旨在将抽象知识具象化。例如，在“探究光的反射规律"小实验中，借助简单的平面镜、激光笔就能展现反射角与入射角的关系。这类实验具有用时短、操作简便的特点，紧密贴合日常教学，即时反馈性强，学生能迅速目睹实验结果，从而巩固所学知识。不过，课堂小实验高度依赖实体器材，一旦器材出现损耗或缺失，实验便难以开展，且实验结论可能出现偏差。例如，若电池老旧，室内光线太强导致光线可见度低，实验效果就会大打折扣。
(二)NB物理平台特性
NB物理实验是一款虚拟实验软件，集成了电学、力学、光学等多个模块。它拥有逼真的3D实验场景，操作简便，学生仅需用鼠标拖拽、点击就能搭建实验装置。以电学实验为例，学生可以随意添加导线、电阻、电源等元件，瞬间完成电路连接，还能实时观测电流、电压数值的变化。该软件不受时空限制，学生无须担心操作失误导致受伤或损坏实验设备，即使实验失败也不会造成实际损失。学生课后也能反复进行实验演练；实验参数还可按需调整，便于学生深度探究变量关系，拓展思维深度。然而，虚拟实验缺乏真实触感，学生无法体会实物操作的手感与微妙细节，可能会在一定程度上丢失科学探究思维以及保护实验设备、节约资源的意识。
四、初中物理课堂小实验现状分析
(一)积极方面
(1)实验设备逐步完善：随着教育投人的不断增加，多数学校的物理实验室得以更新升级。基础的力学、电学、光学实验器材愈发齐全，如精度更高的弹簧测力计、多功能电学实验箱等，能够满足课程标准要求的大部分演示实验与分组实验，为学生实际操作提供了坚实的物质保障。(2)实验形式走向多元：除了传统的实验室现场实验，虚拟实验平台也开始走进校园。针对一些难以在真实场景中快速呈现，或者具有一定危险性的实验，例如核裂变模拟、高压电触电感受模拟等，借助虚拟技术，学生只需轻点鼠标就能反复观察实验流程与现象，有效拓展了实验的边界。
(二)存在的困难
(1)实验设备短缺与老化：部分经济欠发达地区的学校，由于资金受限，物理实验器材配备不齐全，一些关键实验仪器存在数量不足的情况，无法满足分组实验的需求，只能开展演示实验。而且，现有器材因使用年限较长，老化损坏严重，像电流表指针出现偏差、滑轮组摩擦力过大等问题频发，严重影响了实验的精准度与可操作性。(2)场地空间局限：不少学校校园面积有限，物理实验室的规模较小，难以一次性容纳整个班级开展分组实验。(3)教师精力与能力不足：初中物理教师的教学任务繁重，除了课堂授课，还需要批改作业、辅导学生、应对各类教学检查。这使得教师没有充足的精力精心筹备实验课程，对于复杂实验，难以设计出巧妙的引导方案。(4)教学进度挤压：初中物理知识点繁多，教学大纲规定的理论授课内容紧凑。教师为按时完成教学任务，往往会削减实验课的时长。例如，在电学部分的欧姆定律、电功率等重难点知识教学中，教师担心学生理解不透彻，就挪用实验课时间来讲授理论知识，致使实验教学沦为理论教学的附庸，学生失去了许多动手探索的机会。（5)学生安全意识淡薄：初中学生好奇心旺盛，但安全意识欠缺。在物理实验，尤其是电学、热学实验中，学生容易违规操作，存在安全隐患。（6学生自主探究能力弱：长期的应试教育模式，使得学生习惯被动接受知识，自主思考和自主设计实验的能力较差。(7)评价体系重理论轻实践：中考、期末考试等重要学业评价，主要考查物理理论知识，实验部分占分比低。
五、融合策略
（一）教学准备阶段：互补筛选，优化设计
教师先梳理章节的重难点与对应的实验内容，将实验按照操作难度、效果呈现、资源需求等方面进行分类。例如，“摩擦起电"“串并联电路"这类操作简单、现象明显的实验，可保留为传统课堂小实验。通过开展这些实验，培养学生的探究能力和动手操作能力，满足学生的亲身体验需求，激发学生的学习兴趣。
（二）课堂实施阶段：虚实交错，深度引导
在传统课堂小实验中，学生能够真实触摸实验器材，感受实验过程，但在NB物理实验里，存在一些无法实现的体验。例如，无法通过触摸来感受透镜的焦距与厚薄的关系；无法观察到成像时光屏上是否会出现脏东西的像；也无法体验在透镜一侧观看所成虚像的感觉，难以更深刻地感受到光屏上的像是由实际光线会聚而成的。不过，在课堂实施中，可以采取以下虚实结合的方式：(1)情境导入用虚拟：课程开始时，利用NB物理实验的炫酷动画和新奇现象创设情境，吸引学生的注意力。(2)原理讲解配实体：在讲解“电磁感应"原理时，搭配课堂小实验进行演示，教师边操作边阐释，帮助学生更好地理解抽象的原理。(3)探究拓展回虚拟：在学生探究实验的拓展环节，若遇到复杂变量、极端情况，可回归NB物理实验。例如，在探究“二力平衡"时，现实中难以精准控制摩擦力、快速改变力的大小，而虚拟实验能够高效模拟不同质量物体在多样拉力下的加速情形，拓展学生的探究深度。
六、融合教学案例分析
(一)课前预习
教师在上一节课结束时，为学生布置NB物理实验“杠杆平衡条件"的预习任务，要求学生自主操作软件，改变动力、阻力、力臂的大小，记录实验现象与产生的疑惑，为课堂教学做好准备。
(二)课堂教学
(1)情境导入：展示NB物理实验中生活中各类杠杆的动画，引导学生抢答实例，激发学生的学习兴趣。(2)原理讲解：拿出真实的杠杆、钩码，搭建实验装置，先调节杠杆平衡，再挪动砝码使杠杆在水平位置平衡，标注力臂并讲解公式推导过程，将虚拟与现实相结合，加深学生对原理的理解。(3)分组实验：小组学生实际操作杠杆，记录实时数据，分析归纳并推导杠杆平衡条件及公式，培养学生的合作探究能力和数据分析能力。（4)解决实际问题：引导学生运用所学知识解决实际问题，提高学生运用知识的能力。
（三）课后巩固
学生利用课余时间或回家后，通过NB物理实验完善实验报告，模拟特殊杠杆求最小力、找最小力臂、探究力的方向改变对拉力大小的影响等情况。教师利用课间或线上为学生答疑、评优并展示报告，激励学生分享学习成果。
七、融合过程中的挑战与应对
在NB物理实验与初中物理课堂小实验的融合过程中，会面临一些挑战：部分教师长期习惯传统教学方式，对软件技术存在畏难情绪，不愿接受新事物；在虚拟和现实实验切换时，可能导致教学碎片化；过度依赖虚拟实验，会弱化学生的真实实验操作技能、观察敏锐度和分析归纳能力。针对这些问题，可采取以下应对措施：组织同学科教师进行软件专项培训，开展融合公开课观摩活动，激励教师尝试新的教学模式。定期开展实物实验竞赛、实验观察挑战赛等活动，平衡虚实实验的占比，保障学生有足够的实操锻炼机会。
参考文献：
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[3]许慧艺．虚拟实验在中学物理课堂教学中的应用研究[D].南京：南京师范大学，2018
