PAGEPAGE5摘要：物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。因此在物理教學(xué)中，實驗是教學(xué)活動中一個必不可少的過程，它對于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力是至關(guān)重要的，可以說學(xué)生的大部分實踐能力都是通過實驗得到的。作為新發(fā)展起來的虛擬實驗，雖然解決了初中物理實驗教學(xué)中的一些問題，但又帶來了一些新的問題。本文根據(jù)自己在教學(xué)實踐和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對虛擬實驗的類型、與物理真實實驗教學(xué)整合的模式作了一些粗淺的探討，并就整合過程中存在的問題進行了深刻的反思。關(guān)鍵詞：虛擬實驗；物理實驗；初中物理教學(xué)虛擬實驗與物理實驗教學(xué)的整合，就是要發(fā)揮虛擬實驗在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢。把虛擬實驗作為學(xué)生的認知工具，為學(xué)習(xí)主體建構(gòu)一個發(fā)揮創(chuàng)造潛力的教與學(xué)環(huán)境，構(gòu)建創(chuàng)造教育的新模式，通過學(xué)生的參與，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實踐能力。一、用于物理實驗教學(xué)的兩種虛擬實驗初中物理教學(xué)中，有以下兩種常見的虛擬實驗1.動畫演示課件動畫演示是信息技術(shù)用于學(xué)科教學(xué)的最初表現(xiàn)形式，是信息技術(shù)和課程整合的最低層次，目前大多數(shù)教師都采用這種形式和方法。教師可以使用現(xiàn)成的計算機輔助的教學(xué)軟件或多媒體素材庫，選擇其中合適的部分用在自己的學(xué)科教學(xué)之中，也可以利用PowerPoint、flash、幾何畫板、Authorware等軟件，綜合利用各種教學(xué)素材，將實驗過程和現(xiàn)象設(shè)計成模擬真實情況的演示文稿和多媒體課件，演示某些實驗現(xiàn)象，動態(tài)地展示實驗的過程和理論模型，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識，實現(xiàn)了它們無法實現(xiàn)的教育教學(xué)功能。動畫演示物理實驗雖然有一定的動態(tài)性，但是它只是對物理現(xiàn)象和結(jié)果的定性的展示，它所展示的物理結(jié)果并不是由計算而得，而是被預(yù)先設(shè)定好，一般不具有交互性，它所有的動態(tài)過程一般都采用文件播放形式，形成一種模式比較固定的教學(xué)方式。2.虛擬實驗室下的仿真實驗虛擬仿真實驗是利用計算機創(chuàng)建一個可視化的實驗操作環(huán)境,其中的每一個可視化仿真物體代表一種實驗儀器或設(shè)備,通過鼠標點擊以及拖曳操作這些虛擬的實驗儀器或設(shè)備,即可進行各種實驗,達到與真實實驗相一致的教學(xué)要求和目的。它是虛擬仿真技術(shù)、計算機技術(shù)和專業(yè)理論知識多方面結(jié)合的結(jié)晶。無論是學(xué)生還是教師都可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器進行各種實驗，為實驗教學(xué)的改革提供了條件和技術(shù)支持。虛擬物理實驗室和一般意義上的物理實驗室的不同之處在于虛擬實驗室中操作的并不是真實存在的實驗儀器和設(shè)備，而只是以軟件仿真來模擬已經(jīng)存在和使用的設(shè)備。仿真物理實驗室的使用旨在為物理教學(xué)創(chuàng)造一個激發(fā)學(xué)生積極探究的物理情境。它具有很強的交互性、開放性和構(gòu)建性，對于正在學(xué)習(xí)物理的學(xué)生來說，仿真實驗室是一個理想的學(xué)習(xí)工具。二、信息技術(shù)下的虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的整合，一方面要發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，強化實驗教學(xué)過程，同時又借助于實驗為載體，促進學(xué)生學(xué)習(xí)并應(yīng)用信息技術(shù)解決實際問題；另一方面突出學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)。1.動畫課件演示型教學(xué)模式教師使用信息技術(shù)為主的動畫演示型教學(xué)模式中，最簡單的方式就是在現(xiàn)有教學(xué)模式基礎(chǔ)上將信息技術(shù)作為新教學(xué)媒體使用，信息技術(shù)成為供教師展示教學(xué)內(nèi)容的工具。運用這一教學(xué)模式，教師應(yīng)熟悉多媒體教學(xué)課件的開發(fā)、使用。一般在演示實驗的基礎(chǔ)上，用計算機模擬實驗現(xiàn)象的物理過程和結(jié)果，可使靜態(tài)事物動態(tài)化，微觀現(xiàn)象可視化，抽象知識形象化，完成難做實驗的動畫模擬，進行物理過程的動態(tài)分析。在做好實驗的基礎(chǔ)上應(yīng)用動畫模擬再疊加分析性的信息，為學(xué)生搭建由形象思維邁向抽象思維，由表象到理性的“橋梁”，促進學(xué)生識別實驗現(xiàn)象發(fā)生及變化的條件，然后再進行抽象概括，形成概念、規(guī)律，歸納物理現(xiàn)象的共同特征。它的流程一般如圖1所示。設(shè)疑激趣演示實驗設(shè)疑激趣演示實驗?zāi)M實驗意義建構(gòu)應(yīng)用創(chuàng)新圖1例如：筆者在進行“聲音不能在真空中傳播”的實驗教學(xué)時，用抽氣盤和抽氣機進行演示。由于絕對真空不可能實現(xiàn)，只可以隨氣體的逐漸減少，我們可聽見的聲音逐漸減弱，實驗無法達到理想的效果。在講清實驗環(huán)境、實驗條件、實驗過程和真實實驗的支持下，筆者采用了動畫課件的演示，幫助學(xué)生構(gòu)建知識。應(yīng)當提出的是，我們在利用這些資源時，不能只停留在演示播放的水平上，我們必須根據(jù)教學(xué)目標的要求，依據(jù)建構(gòu)主義的基本原理，做好師生教與學(xué)的活動方式的設(shè)計，把它們作為認知工具，構(gòu)建新型的教學(xué)模式。2.虛擬仿真實驗下自主探究的教學(xué)模式隨著信息技術(shù)的發(fā)展，借助于多媒體技術(shù)和一些工具軟件創(chuàng)設(shè)的虛擬仿真實驗室進入了我們的物理實驗教學(xué)，它為學(xué)生提供了全方位的操作環(huán)境、為教師提供了開放性的教學(xué)平臺、學(xué)生探索性的學(xué)習(xí)平臺。一方面，虛擬實驗可以彌補傳統(tǒng)實驗中，由于條件的限制，儀器被損壞的不可修復(fù)性等所造成的學(xué)生探求欲望得不到滿足；另一方面，它為實驗提供了必要的工具和手段，使學(xué)生可以在自主地在“問題空間”里進行探究實驗，教師可以將更多的探究、分析、思考任務(wù)交給學(xué)生，使學(xué)生在教師的指導(dǎo)下由被動的實驗變?yōu)橹鲃拥奶骄?，可以象“研究者”那樣，在虛擬仿真的情景下來學(xué)習(xí)、來創(chuàng)造，自主地發(fā)現(xiàn)、探索知識，使學(xué)習(xí)過程呈現(xiàn)一種新景象。如筆者在進行八年級物理電學(xué)實驗的教學(xué)時，所使用的“新課標實驗室—初中電學(xué)”就是一個很好的虛擬仿真教學(xué)軟件。該軟件不僅在仿真器材的基礎(chǔ)上，借助于復(fù)雜的程序內(nèi)核，虛擬出了一個逼真的電學(xué)實驗室，而且應(yīng)用了人工智能技術(shù)，能根據(jù)電路的連接情況自動計算電流、電壓和電阻，產(chǎn)生逼真的實驗的效果，能迅速識別電路連接方式并繪制出電路圖。在這個實驗室里，學(xué)生可以很方便地進行演示實驗和學(xué)生分組實驗的練習(xí)，還可以自主地進行實驗探究，使所學(xué)知識得以鞏固，創(chuàng)新能力和探索精神得到培養(yǎng)和提高。3.學(xué)習(xí)包與主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站模式教師可以課前把與學(xué)習(xí)內(nèi)容有關(guān)的課件、仿真實驗室工具軟件、聲像、文本資源等按章節(jié)或單元整理成文件包或者編輯成專題學(xué)習(xí)網(wǎng)頁后提供給每個學(xué)習(xí)小組，文件包儲存于學(xué)習(xí)機上供學(xué)生課前和課后查閱瀏覽。讓學(xué)生通過瀏覽學(xué)習(xí)包中的課件和主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站針對學(xué)習(xí)內(nèi)容自主地提出問題和設(shè)計實驗方案，通過網(wǎng)絡(luò)教室展示他們的學(xué)習(xí)成果，讓同學(xué)們對此進行討論和完善，其他同學(xué)也可以提出新的方案進行補充，在整個過程中，教師只是對同學(xué)們的學(xué)習(xí)過程進行組織和指導(dǎo)。讓學(xué)生通過對比受到啟發(fā)，找到自己的不足，從而使所學(xué)的知識得到升華，思維變得更開闊。這種模式為學(xué)生開展自主分層學(xué)習(xí)提供了可行性，學(xué)生可以通過瀏覽學(xué)習(xí)包和主題學(xué)習(xí)網(wǎng)頁中的資源，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和自己的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，使每個學(xué)生都學(xué)有所得。三、虛擬實驗與傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)整合的反思1.虛擬實驗與物理實驗教學(xué)的有機結(jié)合所謂有機結(jié)合，即處理好虛擬實驗與真實物理實驗、虛擬實驗與其它教學(xué)手段、虛擬實驗與教師講授之間的關(guān)系。虛擬實驗不能淡化真實物理實驗。真實物理實驗是學(xué)生獲得物理知識最直接的手段、最真實的經(jīng)驗和最好的感性材料。虛擬實驗只能逼真，而不可能真實，不能試圖用虛擬實驗去代替真實物理實驗。實驗教學(xué)中難以進行、效果不好，需用電腦模擬的實驗，要將真實的實驗呈現(xiàn)給學(xué)生，講清實驗環(huán)境、實驗條件、實驗過程，再進行電腦模擬，將虛擬實驗與真實物理實驗結(jié)合起來。物理實驗教學(xué)，不言自明，物理實驗為其根本，我們必須加強實驗研究。在教學(xué)實踐中設(shè)計更合理的實驗過程，改進和制作物理實驗儀器，結(jié)合科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用更先進的實驗手段。而且電腦模擬有其局限，如聲學(xué)實驗，演示噪音、樂音及其波形，除示波器外，我們要用錄音機，這種真實性是虛擬實驗不能達到的。有的模擬用投影、幻燈就可簡潔而形象地進行，也不必費時、費力去進行電腦模擬。2.虛擬實驗教學(xué)的負面效應(yīng)承認虛擬實驗教學(xué)對促進物理實驗教學(xué)改革的同時，我們也要辯證地分析虛擬實驗教學(xué)所產(chǎn)生的負面效應(yīng)。信息技術(shù)條件下的虛擬實驗作為教的工具和學(xué)的工具、學(xué)習(xí)環(huán)境建構(gòu)的工具，確實在推動物理實驗教學(xué)發(fā)展的過程中發(fā)揮了巨大的作用。不可否認，虛擬物理實驗應(yīng)用于物理教學(xué)的確改變了物理的教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式，解放了學(xué)生學(xué)習(xí)的時間與空間，可以為學(xué)生創(chuàng)造出圖文并茂、豐富多彩、人機交互、即時反饋的學(xué)習(xí)環(huán)境，能充分地調(diào)動學(xué)生的多種感官去操作、觀察、猜想、歸納、類比來獲取知識，增強學(xué)生的自信心。在為信息技術(shù)整合物理實驗教學(xué)而歡欣鼓舞的同時，我們也應(yīng)該清醒地認識到信息技術(shù)對物理實驗教學(xué)所產(chǎn)生的不良影響。如果僅僅將課件演示來代替演示實驗，虛擬仿真物理實驗代替學(xué)生的探究實驗，使教師成為操作員，形成了人與人的隔絕，忽視學(xué)生間合作與情感的交流。那就與整合就背道而馳了。信息技術(shù)是把雙刃劍，使用得當，教師、學(xué)生受益；使用不當，教師的教學(xué)會缺乏激情，學(xué)生的記憶力、運算能力也得不到提高，對這種負面的影響我們決不能等閑視之。過分地依賴技術(shù)也會束縛人腦思維的開放性，使得人們的想象力受到限制。因此，要處理好信息技術(shù)下的虛擬實驗教學(xué)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的關(guān)系。3.虛擬實驗教學(xué)要在設(shè)計上下功夫虛擬實驗與物理實驗教學(xué)的整合需要在教學(xué)設(shè)計上下功夫，即如何設(shè)計使學(xué)生的人格、思維、智慧得到更大的發(fā)展，這就要求在設(shè)計的過程中切忌形式化、盲目化，以免實驗教學(xué)的本質(zhì)被技術(shù)稀疏化、僵硬化。因此，要以建構(gòu)主義、多元智能理論作為支撐點，全面審視信息技術(shù)環(huán)境下的實驗教學(xué)的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、實施等方面的設(shè)計問題，探尋整合的切入點。在設(shè)計的過程中要防止用虛擬實驗的過程代替學(xué)生的思維和操作過程。如：計算機可以進行快速的分析與運算，可以快速繪圖能力與推理能力，所以教師在教學(xué)過程中就有可能不再關(guān)注學(xué)生的運算和分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)；教學(xué)中教師可能會顧此失彼……，這樣做的結(jié)果勢必會使學(xué)生的物理素養(yǎng)下降。因此，樹立整合的科學(xué)設(shè)計觀對物理實驗教學(xué)的實施具有十分重要的意義。在明確的教學(xué)目標引導(dǎo)下，對運用虛擬實驗教學(xué)的每個細節(jié)認真考慮，不要讓技術(shù)束縛師生的思想和淡化師生的情感、態(tài)度及價值觀的形成。整合的設(shè)計觀要求把傳統(tǒng)的實驗教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的虛擬物理實驗教學(xué)有機地結(jié)合起來，提升學(xué)生對物理概念、規(guī)律及其現(xiàn)象本質(zhì)的理解。整合的設(shè)計觀決不能游離于真實實驗，不能為用信息技術(shù)而丟失物理實驗的本來的特色，而是要全方位地關(guān)注學(xué)生、教師、資源的發(fā)展，在物理實驗教學(xué)的實施過程中與學(xué)生一起分享、共同承擔(dān)。整合的設(shè)計觀要求教師認真學(xué)習(xí)物理課程標準，明確教學(xué)目標，深入鉆研教材，挖掘知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，創(chuàng)造性地完成教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)整合的發(fā)展?？傊瑢τ诙嗝襟w的虛擬實驗，我們不能因為它的優(yōu)點而讓它完全替代傳統(tǒng)的實驗儀器，也不能因為它不同于傳統(tǒng)儀器的操作方式而抵觸它。我們應(yīng)該認真客觀地對待它，根