初中物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

教育部頒布的《教育部關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》明確提出：國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措。同樣，教育部發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)》又進(jìn)一步提出，要持續(xù)將最新的理論知識(shí)和前沿的教育技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中2。由此可見(jiàn)，從國(guó)家層面對(duì)于數(shù)字化教學(xué)中仿真實(shí)驗(yàn)的重視程度。物理作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)自然是處于不可或缺的地位，那仿真實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有哪些優(yōu)勢(shì)？對(duì)于教、學(xué)、評(píng)一致性的課程要求和課程標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)會(huì)有什么積極的作用？本文試從“新課標(biāo)”要求的角度，以初中物理“伏安法測(cè)電阻\"的教學(xué)為例，簡(jiǎn)要闡述仿真實(shí)驗(yàn)在課程理念的執(zhí)行、課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、課程內(nèi)容的落實(shí)、學(xué)業(yè)質(zhì)量的達(dá)成等幾個(gè)方面的積極促進(jìn)作用以及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)建議。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

1989年，美國(guó)威廉·沃爾夫教授首次提出“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的概念，最初是想為身在不同實(shí)驗(yàn)室的科研人員提供一個(gè)共享實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平臺(tái)，同時(shí)促進(jìn)遠(yuǎn)程思想活動(dòng)交流，推進(jìn)各類科研合作。后來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)越來(lái)越逼真化，也就成就了仿真實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的虛擬仿真軟件在輔助教學(xué)中的運(yùn)用，很快就以其便于器材搭建、減小耗材及器材磨損、理想無(wú)誤差、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)贏得了廣大物理教師的青睞。以初中物理“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，學(xué)生借助手機(jī)或電腦通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，可以不斷地重復(fù)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)不足，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

1.滿足初中物理實(shí)驗(yàn)的多元化要求

第一，“伏安法測(cè)電阻”的方法種類靈活多變，對(duì)于器材種類和數(shù)量的要求較高。常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)空間有限，難以滿足所有操作需求，尤其在實(shí)現(xiàn)特殊方法測(cè)電阻時(shí)條件更為苛刻。所謂特殊方法測(cè)電阻是在缺少某一特定器材的情況下，借助其他器材完成電阻測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方式。盡管普通實(shí)驗(yàn)室通常可提供常規(guī)器材，而對(duì)于不常見(jiàn)或特定規(guī)格的器材（比如特定的電阻等），則往往難以配備。仿真實(shí)驗(yàn)軟件能夠有效地解決這些困難，其器材資源庫(kù)內(nèi)可以儲(chǔ)備和靈活添加各類實(shí)驗(yàn)所需的品種、數(shù)量的器材基件。

第二，特殊方法測(cè)電阻方法眾多。在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生理解多個(gè)重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路不僅困難，且需要很長(zhǎng)的教學(xué)時(shí)間。即便是教師在課堂中進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)電路的呈現(xiàn)，進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，實(shí)際操作和切換電路也會(huì)占用大量課堂時(shí)間，常規(guī)的課時(shí)安排不允許。運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件可以在預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理基礎(chǔ)上，模擬任意電路的連接。教師可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)比較教學(xué)和擴(kuò)展教學(xué)，梳理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，歸納實(shí)驗(yàn)方法，提高學(xué)生的科學(xué)思維水平。

2.實(shí)現(xiàn)初中物理大單元教學(xué)的要求

崔允教授首次提出了“大單元教學(xué)”理論，他認(rèn)為大概念是構(gòu)造出的大腦內(nèi)合宜的“主干道”。而“大單元\"本身也不是一個(gè)體量上的呈現(xiàn)，它是一個(gè)相對(duì)的概念，是基于“大概念\"或“大思路\"的教學(xué)設(shè)計(jì)，可分為宏觀單元、中觀單元、微觀單元。“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因其方法靈活多變，就需要一個(gè)“大思路\"來(lái)統(tǒng)整，可以認(rèn)為是微觀層面的“大單元”。對(duì)于眾多的電阻測(cè)量方法都可以視為在伏安法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，如“伏阻法”“安阻法”“替代法\"等等。雖然所涉及的器材和實(shí)驗(yàn)操作上有所不同，但它們的核心思想仍然與伏安法密切相關(guān)，這種“舉一反三\"和“觸類旁通\"的學(xué)習(xí)方式，非常符合大單元教學(xué)的理念。大單元教學(xué)可以將相關(guān)的知識(shí)、技能整合在一起，形成一個(gè)完整的知識(shí)體系。這種教學(xué)方法有助于學(xué)生站在更高的知識(shí)視角，建立對(duì)知識(shí)總體性的認(rèn)識(shí)，形成一種“畫(huà)面感”，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)知識(shí)模塊的宏觀理解和把握。但現(xiàn)實(shí)的教學(xué)活動(dòng)中，特殊方法不便于實(shí)踐操作，只能通過(guò)理論推導(dǎo)來(lái)完成，這種\"兩段式\"的教學(xué)方式很容易讓學(xué)生產(chǎn)生困擾，難以使學(xué)生將特殊方法測(cè)電阻與伏安法測(cè)電阻聯(lián)系起來(lái)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)恰恰很好地解決了這一問(wèn)題。

二、初中物理仿真實(shí)驗(yàn)踐行“新課標(biāo)\"要求的著力點(diǎn)

2019年11月，教育部印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)初中學(xué)業(yè)水平考試命題工作的意見(jiàn)》指出：取消考試大綱和考試說(shuō)明，嚴(yán)格依據(jù)義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)命題。由此，“新課標(biāo)\"就成為了教材編寫、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)參與、學(xué)業(yè)評(píng)測(cè)的唯一指針。針對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，依標(biāo)施教、依標(biāo)評(píng)測(cè)，進(jìn)行“教、學(xué)、評(píng)”一致性的教學(xué)活動(dòng)展開(kāi)是物理教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本底色。在此過(guò)程中，仿真實(shí)驗(yàn)為物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效開(kāi)展提供了優(yōu)質(zhì)的載體。

1.遵循課標(biāo)思想，聚焦學(xué)生的關(guān)鍵能力

“新課標(biāo)”在指導(dǎo)思想中指出：聚焦中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力4。物理學(xué)科的關(guān)鍵能力有哪些、如何培養(yǎng)是擺在物理教師面前無(wú)法回避的問(wèn)題。在教育部考試中心制定的《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中指出了知識(shí)獲取能力群、實(shí)踐操作能力群、思維認(rèn)知能力群等三大主要能力群組。其中，在實(shí)踐操作能力群中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力又是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。在初中物理“伏安法測(cè)電阻\"的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以將特殊方法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)從理論敘述、推導(dǎo)變成實(shí)踐探究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。

例如，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)研現(xiàn)有的仿真實(shí)驗(yàn)軟件，如希沃平臺(tái)的NB仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K、鴻合平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K、物理實(shí)驗(yàn)室APP等常見(jiàn)且易學(xué)的仿真實(shí)驗(yàn)工具，然后根據(jù)自己所在區(qū)域的教學(xué)實(shí)際和學(xué)生的接受程度選擇一款適配度高的軟件進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。

學(xué)生在“伏安法測(cè)電阻\"實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)能力是指學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮磉M(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案和步驟的設(shè)計(jì)能力，具體體現(xiàn)在學(xué)生如何設(shè)計(jì)電路圖，以及如何規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟和處理數(shù)據(jù)的方法，并且需要實(shí)驗(yàn)操作能力去選擇合適的電路元件（如電源、電阻、電壓表、電流表等）。實(shí)驗(yàn)操作能力確保了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效執(zhí)行。仿真實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作能力方面具有顯著的表現(xiàn)力，根據(jù)設(shè)計(jì)流程表現(xiàn)如下。

第一，在選擇一款仿真軟件后，首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)制作電路圖模塊設(shè)計(jì)出電路圖。

第二，按照電路圖連接電路環(huán)節(jié)時(shí)，現(xiàn)實(shí)教學(xué)中教師一般提前提供有限的必要器材，而使用仿真實(shí)驗(yàn)軟件，其內(nèi)含種類和參數(shù)豐富的器材（如圖1），有利于培養(yǎng)學(xué)生的甄別能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

圖1豐富的電源和電表

第三，電路連接過(guò)程中，仿真實(shí)驗(yàn)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)電表正負(fù)接線柱的連接、滑動(dòng)變阻器阻值最大值和最小值的選擇等電路規(guī)范性操作能力的培養(yǎng)，且具有更加安全的特性。

第四，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理環(huán)節(jié)（如圖2），仿真實(shí)驗(yàn)具有更強(qiáng)的精確度和準(zhǔn)確性，并且相比于真實(shí)實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟诙虝r(shí)間內(nèi)獲得龐大的數(shù)據(jù)量，有助于學(xué)生高效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

圖2希沃仿真實(shí)驗(yàn)的梳理測(cè)量

第五，實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展方面，如等效電路的連接、元器件任意位置的設(shè)置等方面更有優(yōu)勢(shì)。仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘{(diào)整實(shí)驗(yàn)操作的難度，學(xué)生能夠靈活調(diào)整自己的思路，適應(yīng)不同的情況，加深電路工作原理的理解，這種適應(yīng)性是解決實(shí)際問(wèn)題的重要能力。

綜上所述，仿真實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作能力方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。在常規(guī)的教學(xué)中，伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容較多，基于器材和時(shí)間的局限性，操作步驟、數(shù)據(jù)記錄、電阻大小等因素的影響，教師大多將該內(nèi)容停留在理論推導(dǎo)的表達(dá)層面上，而仿真實(shí)驗(yàn)的高效性彌補(bǔ)了以上的缺陷，可以讓伏安法測(cè)電阻按照常規(guī)的實(shí)驗(yàn)探究思路展開(kāi)，實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)測(cè)量、代數(shù)計(jì)算等內(nèi)容不再被教師簡(jiǎn)化處理，進(jìn)而在提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的方面，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃龅礁尤妗?/p>

2.達(dá)成課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

在科學(xué)教育中，科學(xué)思維的構(gòu)建與形成是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，形成科學(xué)判斷與論證能力，進(jìn)而達(dá)到創(chuàng)新發(fā)展的重要因素。我們知道，物理學(xué)科初步形成的是對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)知的知識(shí)體系，其最大的特點(diǎn)就是用理性、科學(xué)的思維認(rèn)知物質(zhì)世界。一般來(lái)說(shuō)，科學(xué)思維體現(xiàn)了人類在學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)、操作和其他活動(dòng)中所表現(xiàn)出來(lái)的理解、分析、比較、綜合、概括、抽象、推理、討論等所組成的綜合思維。

“新課標(biāo)”將物理學(xué)科的核心素養(yǎng)作為了課程目標(biāo)要求，并將科學(xué)思維作為了其四個(gè)方面的重要組成部分，明確指出：科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是建構(gòu)物理模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑和批判，予以檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的品格與能力。科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

我們知道，在“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用實(shí)驗(yàn)原理 可以測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓和通過(guò)該電阻中的電流，進(jìn)而得出電阻值。但當(dāng)無(wú)法直接測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓或通過(guò)該電阻中的電流時(shí)，則可用間接的方式，利用 的理解，得出電阻。在此過(guò)程中，可通過(guò)思維模型的建構(gòu)解決電阻測(cè)量的多種策略。因此，教師可以使用仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化改進(jìn)，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)元件（器材）有限的情況下，通過(guò)不斷改進(jìn)、優(yōu)化電路（或?qū)嵨飯D連接），完成電阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得到理解、分析、比較、綜合、概括、抽象、推理、討論等思維的訓(xùn)練。

例如：情境一，缺少電壓表，主要器材只有電流表和已知阻值的定值電阻（或滑動(dòng)變阻器）開(kāi)關(guān)等。

將基本模型進(jìn)行梳理（見(jiàn)表1），三種關(guān)鍵思維可產(chǎn)生多種解決方案。

表1缺少電壓表?xiàng)l件下以特殊方法測(cè)電阻基本模型

再如：情境二，缺少電流表，主要器材電壓表和 定值電阻（或滑動(dòng)變阻器）開(kāi)關(guān)等基本思路：根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等、利用定值電阻（或滑動(dòng)變阻器）及電壓表間接測(cè)量待測(cè)電阻的電流。此關(guān)鍵思維可產(chǎn)生多種解決方案，將基本模型進(jìn)行梳理（見(jiàn)表2）。

表2缺少電流表?xiàng)l件下以特殊方法測(cè)電阻基本模型

通過(guò)上表內(nèi)容可知，使用仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行“伏安法測(cè)電阻”的系統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生既可投入到某種具體實(shí)驗(yàn)方法的探究中，也可跳出某個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行不同方法間的宏觀對(duì)比，這種在高低之間任意切換的知識(shí)視角有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維中的構(gòu)建模型能力。學(xué)生們清楚地理解到，無(wú)論采用何種方法，核心的物理思想是直接或間接地測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓和通過(guò)該電阻的電流。基于這一思維模型，可以根據(jù)不同的情況設(shè)計(jì)出十幾種實(shí)驗(yàn)方案。盡管這些方案在具體操作中有所差異，但它們都遵循著統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)原理下的探究模型。這種既緊扣核心模型，又允許發(fā)散變形的思維方式，正是科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的重要體現(xiàn)。而在方案優(yōu)選的過(guò)程中，仿真實(shí)驗(yàn)軟件可以在有限的時(shí)間內(nèi)幫助教師或?qū)W生完成這些方案的虛擬驗(yàn)證，并在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維

主要要素下的能力培養(yǎng)。

3.落實(shí)課程內(nèi)容，提升學(xué)生的探究能力

在“新課標(biāo)”中的課程目標(biāo)將科學(xué)探究單列出來(lái)，強(qiáng)調(diào)要基于問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等要素，具備基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取與處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。在課程內(nèi)容中，將實(shí)驗(yàn)探究獨(dú)立出來(lái)，作為一級(jí)主題出現(xiàn)，并列舉9個(gè)學(xué)生必做的測(cè)量類實(shí)驗(yàn)和12個(gè)學(xué)生必做的探究類實(shí)驗(yàn)，旨在體現(xiàn)物理課程實(shí)踐性的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的能力、動(dòng)手操作和收集數(shù)據(jù)的能力、分析和處理數(shù)據(jù)的能力、解釋數(shù)據(jù)的能力、表達(dá)和交流的能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)合作，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)精神。雖然，“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)包含在9個(gè)學(xué)生必做的測(cè)量類實(shí)驗(yàn)中，但歐姆定律是課程內(nèi)容中89個(gè)三級(jí)主題中僅有的3個(gè)“理解級(jí)\"知識(shí)內(nèi)容。因此，在保證完成電流、電壓測(cè)量類實(shí)驗(yàn)的要求基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)軟件開(kāi)展“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)是提升學(xué)生探究能力的有效抓手。

第一，仿真實(shí)驗(yàn)的交互性功能能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)和發(fā)散性探究。仿真實(shí)驗(yàn)本身具備“糾錯(cuò)”功能，它可以在實(shí)時(shí)糾錯(cuò)的同時(shí)，確保實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，并允許學(xué)生獨(dú)立地進(jìn)行發(fā)散性探究。

第二，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行“試錯(cuò)\"實(shí)踐。作為一種逆向嘗試，允許學(xué)生探索在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中不允許的操作，例如短路或正負(fù)接線柱反接。通過(guò)嘗試、識(shí)別錯(cuò)誤，學(xué)生能夠更深刻地理解錯(cuò)誤的原因和后果，這樣不限制學(xué)生的逆向思維，并且保護(hù)了他們的好奇心，鼓勵(lì)他們?cè)诎踩沫h(huán)境下大膽探索和學(xué)習(xí)。

第三，仿真實(shí)驗(yàn)可以修改不同條件和參數(shù)，能夠驗(yàn)證學(xué)生的各種猜想，為他們的創(chuàng)新提供無(wú)限可能。在軟件的交互功能支持下，不僅實(shí)現(xiàn)了獲取知識(shí)的功能，還為學(xué)生提供豐富深化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放探究的個(gè)性化學(xué)習(xí)，在深人理解知識(shí)的前提下，提高他們的探究能力。

4.保證學(xué)業(yè)質(zhì)量，突出學(xué)生的評(píng)測(cè)效果

“新課標(biāo)”的重要變化之一就是增加了“學(xué)業(yè)質(zhì)量”的要求，具體指明了學(xué)生在完成課程階段性學(xué)習(xí)后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)。它是以核心素養(yǎng)為主要維度，結(jié)合課程內(nèi)容，對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)成就具體表現(xiàn)特征的整體描述，是學(xué)業(yè)水平考試命題的依據(jù)，同時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)、教師教學(xué)活動(dòng)、教材編寫等具有指導(dǎo)作用。基于此，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠保證學(xué)生在電表的規(guī)范使用、電路故障排除、展示探究過(guò)程等方面達(dá)到學(xué)業(yè)要求。

例如，教師可以最大限度地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行虛擬測(cè)評(píng)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注的操作內(nèi)容，實(shí)施科學(xué)規(guī)范的評(píng)測(cè)要求，并配合系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)演示，還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程（見(jiàn)表3）。

表3仿真實(shí)驗(yàn)的操作評(píng)測(cè)

此外，在展示匯報(bào)環(huán)節(jié)可以通過(guò)提問(wèn)、交流和補(bǔ)充等內(nèi)容設(shè)計(jì)讓學(xué)生進(jìn)行分享學(xué)習(xí)，達(dá)到知識(shí)共享的同時(shí)，更能促進(jìn)自我反思。比如：同樣的錯(cuò)誤是否反復(fù)出現(xiàn)，哪種方法更加科學(xué)有效。這個(gè)過(guò)程能夠幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)別人的同時(shí)正確地認(rèn)識(shí)和評(píng)估自己，這也是學(xué)業(yè)要求的重要內(nèi)容。

我們知道，在特殊方法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新思維及邏輯推導(dǎo)能力，所以在整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中采用的是“純電阻\"模型，即電阻不受溫度的影響。而現(xiàn)實(shí)中，電阻阻值受溫度影響的特性反而在探究實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生干擾。所以，用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐可以“簡(jiǎn)化”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停兄谔嵘龑W(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量。

三、利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)建議

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相比具有虛擬性、靈活性、交互性、開(kāi)放性、安全性、重復(fù)性等特點(diǎn)，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些不足，并且具有激發(fā)學(xué)生興趣、提高教學(xué)效果、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、確保實(shí)驗(yàn)安全等優(yōu)點(diǎn)。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也存在一定的局限性，教師要基于教學(xué)內(nèi)容“揚(yáng)長(zhǎng)避短”，發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)積極有益的作用。

1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全教育

由于仿真實(shí)驗(yàn)不存在安全隱患，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)方面會(huì)有所欠缺。雖然隨著技術(shù)的改進(jìn)，目前的仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)能夠模擬出現(xiàn)實(shí)中的一些安全問(wèn)題，在軟件設(shè)計(jì)中加入了模擬真實(shí)原件的一些特性，如受溫度影響的小燈泡等，但還是無(wú)法達(dá)到“實(shí)際危險(xiǎn)”對(duì)學(xué)生的影響效果。所以，教師在所用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中依然要對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的安全教育。

2.注重創(chuàng)設(shè)仿真的實(shí)驗(yàn)情境

仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象和結(jié)果是理想狀態(tài)下的，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程是“無(wú)故障”的，不利于強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)思維。不過(guò)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)短板也得到了一定的解決，比如設(shè)計(jì)有內(nèi)阻的電源等，使得仿真實(shí)驗(yàn)更加貼近實(shí)際，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)

在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中不管實(shí)驗(yàn)操作正確與否，都可能產(chǎn)生相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性。為解決這個(gè)問(wèn)題，教師可通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程性評(píng)價(jià)來(lái)彌補(bǔ)，比如加大仿真實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程性評(píng)價(jià)權(quán)重，從而引導(dǎo)學(xué)生更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

綜上所述，雖然仿真實(shí)驗(yàn)在某些方面存在不足，教師可以通過(guò)教學(xué)方法的改進(jìn)、教學(xué)環(huán)節(jié)的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教與學(xué)的優(yōu)化。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，仿真實(shí)驗(yàn)的功能越發(fā)強(qiáng)大，“人機(jī)”的交互功能也在不斷提高，它的局限范圍在慢慢縮小，為我們的使用提供了更真實(shí)的體驗(yàn)和豐富的載體。同時(shí)，仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)教師和學(xué)生也提出了更高的要求，教師需要具備更新的教育理念和更強(qiáng)的技術(shù)，學(xué)生需要具備更強(qiáng)的辨別能力和自主學(xué)習(xí)能力，以便不斷探索和創(chuàng)新。

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【責(zé)任編輯 孫曉雯】