浅析仿真实验与传统实验的有效整合

朱笑利

1仿真实验与传统实验的优缺点比较研究

仿真实验与传统实验是两种不同的实验教学手段，仿真实验具有其先进性，传统实验是实验教学最基本、最有效的方法，具有不可替代的重要性。

1.1仿真实验的优势

1.1.1实验地点不受限制

因仿真实验本身只是一个软件平台，只要有电脑就可以使用，具有便携性。实验不需要特备的场地，办公室、教室、机房甚至学生自己的家里都可以成为开设实验的场所，做到一机多用，一室多用，提高了学校设施设备的利用率。

1.1.2实验时间不受限制

学生可以不受课堂的限制，课前、课后随时都可以进行实验操作，为学生提供了开放性的实验环境。

1.1.3实验参与度高

通过仿真实验，学生不仅可以完成教师的演示实验，而且可以根据自己的兴趣爱好选择实验内容。利用仿真实验，学生不必为了实验仪器烦恼，极大地满足了学生的探索欲望。

1.1.4实验内容更全面

仿真实验是在计算机虚拟的环境下进行的，可以避免教学空间、仪器设备、实验环境等因素的影响，完成现实条件下不能完成的实验。例如，抽象的物理现象，如环形电流周围的磁场分布等。

1.1.5实验具有操作可重复性、过程可控性

学生可以根据自己的学习情况反复练习实验，提高了科学探究的效率，降低了科学探究的成本，同时激发了学生的学习热情和创造性。

1.2仿真实验的局限性

仿真实验是以虚拟仪器为主要工具的，它不能提供客观事物真实的触感和信服感。由于仿真实验的实验条件、过程和结论都是事先预设好的，这虽然提高了实验效率，但缺少了对客观环境的分析过程，缺少了对实验结论评估时误差分析和误差来源的分析，以及缺乏解决实验过程中遇到问题的能力。这不利于培养学生严谨的科学态度和动手能力。仿真实验要真正发挥作用，还是要建立在学生对大量传统实验积累的基础上。

1.3传统实验的优势

传统实验能更直接、更真实地把实验现象及实验结果展示出来。学生在传统实验操作过程中，能对实验仪器产生最直观的认识；在实际操作过程中，学生可能会遇到各种意料不到的问题和困难，这将有利于培养学生分析问题、解决问题的能力以及动手能力和应变能力。有些传统实验由于受各种物理客观条件的制约，实验结果出现偏差，这时就要引导学生对误差的来源进行分析，进而对实验加以改进，提高学生实验数据的分析能力。

1.4传统实验的缺点

1.4.1实验内容局限

传统实验受客观环境、实验仪器等各种因素的影响，有些实验无法达到预期的效果或者不能完成。

1.4.2实验形式单一

学生在实验过程中按部就班，处于被动接受的地位，不能按照自己的设想进行探索性的实验，实验缺乏一定的延续性。

1.4.3实验投入大、耗材严重

由于使用不当或长期不用等原因，造成仪器的损坏，学校每年都要投入一定的经费购置实验器材。

2仿真实验与传统实验整合的模式

整合模式如图1所示。

3仿真实验与传统实验整合的优势

以传统实验的实物实验为核心，仿真实验为辅助，把这两种实验方式有效地结合起来，优势互补，相辅相成，在物理实验教学中能实现更好的教学效果。

3.1整合教学资源，实现了实验的开放性

仿真实验与传统实验的整合为实验教学提供开放式的实验环境，学生可以不受时间、空间的限制完成各项实验，克服了实验教学长期受到课堂、课时限制的困扰，鼓励学生利用寒暑假、周末等课余时间进行实验学习，使实验教学内容在时间和空间上得到延伸。仿真实验的出现改变了学生认为物理实验只能在实验室做的错误认识，大大提高了学生学习物理的兴趣，为物理实验改革提供了有力的工具。同时，实验内容也更具开放性。学生可以根据所学内容选择演示实验、分组实验或者课外兴趣实验，给学生提供了自由的空间，有利于培养学生构建“仿真实验预习—观察演示实验—动手实验—仿真实验巩固”的学习模式。仿真实验与传统实验的整合，使高中物理实验由过去单一、基本的形式向综合、开放的高层次方向发展。

3.2整合实验资源，达到“虚”“实”互补的效果

传统实验是仿真实验的基础，仿真实验是传统实验的模拟，两者的优缺点互补。教师可以根据实验目的的不同，选择不同的教学方式。如实验操作容易、过程简单、受外界干扰小的基础性实验可以选择传统实验。传统实验有利于培养学生处理实验数据、分析实验结果和误差原因等基本的实验技能以及学生的观察能力和动手能力。而像理想实验、微观实验等是传统实验无法完成的实验可以借助仿真实验完成。例如，仿真实验可以形象、直观地展示通电螺线管外部磁场的分布情况，而在传统教学中，教师只能通过粉笔进行实验分析，通过上课讲述实验，学生无法形成直观的认识。仿真实验可以化抽象为具体、变微观为宏观、改高速为低速，使很多不利于观察的物理现象、物理过程、物理状态以生动形象的形式表现出来，大大增强了学生的理解力和掌握能力，拓宽了实验范围。如物理教学中常见的光滑、空气阻力不计、匀速直线运动等理想的实现状态在传统实验中无法实现，就可以用仿真实验来模拟完成。

3.3整合信息资源，提升学生的自主学习能力

自主学习是指以学生为主体，让学生处于主动的探索状态，充分发展学生自身的潜能。仿真实验是信息技术发展的产物，具有简洁好用、操作方便的特点，学生可以独自操作，也可以在教师的辅导下模拟物理情境，进行自主探究，加深对物理现象的认识，加深对物理定律与规律的理解。学生在实验前，先利用仿真实验进行预习，对实验原理、实验仪器、操作步骤掌握后再进行实验，降低了学习的难度，提升了学生自主学习的积极性。

例如，在探究加速度与力、质量的关系的实验中，仿真实验通过控制变量法可以同时演示两辆相同质量的小车在受到不同外力作用下的运动情况。停止运动后比较相同时间小车移动的距离，根据运动距离与加速度的关系进一步得出在质量一定的条件下，小车加速度与拉力的关系。同理，可以同时演示在相同拉力作用下，两辆不同质量的小车运动情况，探究在拉力一定的条件下，加速度与质量的关系。仿真实验操作简单，现象直观，有利于学生对知识的理解，大大提高了课堂效率。

此外，仿真实验设有DIY实验模块，即学生自主设计实验思路—自由选择实验器材—自主组装实验器材—验证实验结论，整个过程学生自主探究，有效地培养了学生自主学习的能力，提升了学生创造性思维的发展空间。教师借助仿真实验这一平台，结合传统实验教学，可以加强教师与学生之间的互动，教师引导学生自己动手实验，学生可以在动手的过程中充分发挥自己的想象力和探究能力。仿真实验为学生提供了很好的自主探究平台。

3.4整合网络资源，开创网络化实验教学

仿真实验利用计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的思考、操作有机融合为一体，为物理教学提供了良好的实验平台。因为个体的差异性，每个学生的兴趣爱好、知识水平各有不同。通过仿真实验，学生可以选择自己感兴趣的实验进行探究，学习的形式更加多样，学习的安排更加灵活，这有利于层次化教学，促进学生的个性化发展。仿真实验与传统实验的整合解决了网络课程教学中实验教学无法实施的问题。此外，学生也可以通过校园网随时随地地上网进行预习、实验，实现实验教学的网络化和教学资源共享的目标。

总之，仿真实验与传统实验有效地整合，既能激发学生对学习物理课程的兴趣，拓宽学生的视野，又能有效地培养学生的探究精神，提高教学质量，为教师与学生之间的沟通创建了一个良好的交互平台。