多媒體教學在理科實驗教學中的應用

馬一鳴

【摘 要】實驗教學中的一些實驗很難通過實際儀器完成，利用現代化教學技術可以虛擬這些實驗，從而保證教學能夠順利完成，使學生得到理性的理解，提高教學質量，保證教學效果。

【關鍵詞】多媒體教學；實驗教學；虛擬

在現在教學特別是理科教學中，實驗教學是一個無可缺失替代的環節。而這些傳統的實驗教學都是要依靠實驗儀器來完成。由于學校中實驗儀器大多都是專用的，所以，每個學校能開多少分組實驗或者演示實驗，基本上取決于儀器的種類和數量。而實驗成功能不能成功，得出正確結論就取決于儀器的性能質量、實驗的難度以及實驗的環境等。傳統的實驗方式如果進行，從空間上來說，學生必須到實驗室操作；從時間上來說，學生必須在實驗時間才能做。

以信息技術為核心的現代教育技術的迅猛發展，改變了傳統教學方法和模式。虛擬實驗就是現代化教學的一個典型運用，對改革理科實驗教學起到了積極的推動作用。第一，虛擬實驗教學改革和創新了傳統實驗教學模式，打破了傳統實驗教學實驗環境與實驗時間的限制，使實驗教學從空間上和時間上得到了延伸。第二，有助于使學生深化理解物理和化學現象、概念、規律，尤其是一些肉眼無法看到的物理化學現象和抽象的知識，如原子結構、粒子散射實驗、電場、磁場等，以及一些實驗中難以顯現和控制的過程。

比如，高中物理斜拋運動這一實驗，傳統方法是使用斜拋運動演示器。其核心裝置是一個方向可調的彈簧槍，分別使彈丸以不同仰角發射，可看到產生不同的彈道軌跡，并達到不同的射程。此外，該演示實驗還有閃光照相法和噴水法。閃光照相法太復雜，不能立即出結果；噴水法誤差較大。改用虛擬實驗，用計算機模擬炮彈飛行曲線實驗，使用FLASH軟件制作炮彈從發射到落地的運動軌跡的動畫，虛擬炮彈發射實驗的全過程，在計算機中播放。比照傳統和虛擬這兩種實驗方法，多數學生都感受到用計算機演示有以下效果：①能在短時間內多次重復；②能隨意控制播放速度；③能觀察任意時刻圖像；④能將空氣阻力設定為不同值進行比較。這些優點是傳統實驗所不具備的。

目前，在實驗教學中虛擬實驗的應用主要有以下幾方面：

（1）突破實驗教學中的重點和難點。反應速度過快的實驗，如鉀、鈉與水的反應；有的實驗現象模糊不易觀察，如膠體的電泳現象；有的實驗因條件限制不能完成。這些實驗可以先讓學生通過真實的實驗過程有了感性認識，再通過虛擬實驗與現實實驗有效整合，通過媒體重顯和控制顯現整個實驗過程，引導學生從多角度進行觀察，揭示出實驗反應的本質和規律。

（2）虛擬實驗可以模擬放大微觀和縮小宏觀過程，促進對基本概念和原理的理解。如物理實驗中原子核的內部結構觀察，天體的運行規律等，這些實驗基本無法通過正常渠道在課堂予以演示，通過虛擬實驗用圖像化的形式來模擬顯示微觀和宏觀運動的動態過程為學生提供形象直觀的感性材料，為學生真正認識實驗現象的本質和規律起到了很好的輔助作用。

（3）用虛擬實驗來促進學生加深對誤操作的認識，提高實驗素養。如對具有危險性的實驗，學生可以在虛擬環境中反復練習，規范自己的實驗操作。如在稀釋濃硫酸的操作中，必須將濃硫酸沿燒杯壁緩緩地倒入水中，而不能將水倒入濃硫酸中。如果實驗演示錯誤操作，其后果具有一定的危險性。那么使用虛擬實驗，用動畫的方式模擬出水倒入濃硫酸時沸騰和四濺現象并提示出錯誤和危險，會加深學生對這一操作的認識，對學生的實驗操作起了良好的指導作用，學生實際動手操作時將有顯性認識，不致操作失誤。

但是，計算機屏上顯示的實驗，都屬再現型實驗，而創新型實驗，還必須用實驗儀器真正動手做，才能得出創造性的結果。在素質教育中，要求學生在實驗中調動一切感知手段去觀察、去思考、去實踐，而這一切都必須在實際的實驗中實現。同時同一個實驗因實驗者的不同和條件的差異，其過程及現象也不盡相同，甚至實驗會失敗。但這對實驗者也是一種經驗的積累，是提高動手能力的過程。

現代化教學手段的軟件技術水平直接制約現代化教學手段的使用。一方面，教學媒體軟件的制作技術尚不全面成熟；另一方面教學軟件的制作確有相當的技術難度，因為它涉及到多門學科的理論與技術，而同時精通多方面學科、熟悉制作全過程技術的老師比較少。所以，教學軟件制作和使用依然是困擾教育界的問題。

虛擬實驗不能完全代替實驗教學，它僅僅是實驗教學的補充，起著重要的輔助作用。所以，不能用計算機完全取代實驗儀器。在制作虛擬實驗中，一定要科學、準確、無誤地表現科學實驗的本來面貌，虛擬出來的場景和現象要真實地符合科學規律，防止憑空想象，誤導學生。我們要正確把握虛擬實驗在實驗教學中的輔助作用。只要認清這些道理就能夠正確理解現代化教學在實際教學中起到的具體作用，而不至于主次不分，顧此失彼。現代化教學才能夠長足發展。