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摘要：虚拟仿真实验因其直观、快捷、易学等优点，可在物理实验教学中代替实际实验，它是一个全开放性、高综合性的平台，在提供相关的实验实时数据的同时，予学生进行计算分析。在此，以探究电路短路问题与闭合电路中的欧姆定律实验为例，探讨初中物理虚拟仿真实验的教学应用。
关键词：虚拟仿真实验 ； 初中物理； 教学应用
一、虚拟仿真实验概述
目前，初中物理实验教学中因实验仪器价格昂贵、制作复杂、构造精密所限，学生不能真实参与到理解实验思想理念、练习调整实验仪器、熟悉仪器性能构造的实践中去，而虚拟仿真实验则可以代替实际实验，提供全开放性、高综合性的平台和提供相关的实验实时数据供学生计算分析。虚拟仿真实验运用多媒体课件开发工具，通过计算机操作系统演示实验过程中的图形、图像、文字、数据等，它具有快捷、易学、简单、直观等优点，能使老师根据教学计划制作实验课件，模拟实验情境，展现教学意图，有效提升物理实验课程的教学质量并帮助教师探索新的教学方法和模式。虚拟仿真实验改善传统物理实验教学的原因如下：其一是虚拟仿真实验真实展现了物理实验的环节和过程，构建了活灵活现的实验画面；其二是虚拟仿真实验以学生为教学主体，使学生主动积极的参与到物理实验课程中，激发了其学习物理实验的热情和兴趣，使其在实验课程中发现理论知识的问题并及时纠正调整；其三是虚拟仿真实验能创新性的整合学生的理论知识，使其知识模块结构化、系统化，“温故而知新”，在知识的不断学习和理解中，动态的掌握知识、理解知识、应用知识；其四是虚拟仿真实验能在物理实验课程中营造真实性、直观性、开放性的实验环境，使学生通过虚拟网络下的探究性学习，培养学生自主设计实验、模拟实验、观察实验、归纳总结的学习能力，培养学生发现实验规律、探究实验问题、优化实验意识的学习精神，全面提升学生的文化素质和技能水平。与此同时，虚拟仿真实验仍然存在着缺陷，其不可否认的提升了教学效率和避免了实验误差，但因为其模拟性、理想化的操作缺少了实际实验的可操作性和真实感，不能真正锻炼学生的动手操作能力。
二、虚拟仿真实验的教学应用
1.利用虚拟仿真实验探究电路短路问题
电路短路问题是初中物理教学中的重点难点问题，虚拟仿真实验通过虚拟电学工具箱，增强了学生对于短路问题的理解和认识，保障解决变式问题和实际问题的能力。以下为实验环节演示：
实验环节1：观察电源短路现象
第一步通过虚拟电学工具箱提供的电源、电表、开关、保险丝等组件，使用鼠标拖动组成一个短路电路；第二步将电源两极直接与开关两端相连并打开开关，（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第三步连接电流表（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象。通过实验演示，第二步中会出现“干电池短路”的警告语，第三步则会出现电流表超出最大值的现象。这一环节的虚拟实验使学生体验电源短路并了解电源短路会造成极大电流出现并烧毁电源、引发火灾的事故。
实验环节2：电源短路后的保护措施
第一步在已短路的电路（连接电流表）中串联保险丝并打开开关（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步得出结论，即保险丝断裂，电流表数值归零。这一环节的虚拟实验使学生认识串联保险丝是防止电源短路的措施之一，同时在条件允许的情况下可展示闸刀开关、空气开关等防止短路的组件。
实验环节3：认识用电器短路现象
第一步组建串联电源与灯泡和并联电源与灯泡的电路，先打开串联开关，后打开并联开关（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步观察实验现象，即串联开关打开后两只灯泡均发光，打开并联开关后一只灯泡熄灭，另一只亮度增强；第三步向学生提出“为什么一只灯泡熄灭了而另一只却变亮了？”、“熄灭的灯泡被烧毁了吗？”“这种操作是否安全？”等问题并鼓励思考。这一环节的虚拟实验使学生认识用电器串联时，若其中某一用电器短路，则整体电路电流增大、可能烧毁其他用电器或者其他用电器使用不正常。
实验环节4：并联电路的短路现象
第一步组件两组并联电源与灯泡的电路，打开开关，（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步观察现象并得出结论，即并联电路中，若其中某一用电器短路，则其他用电器都不正常工作同时烧毁保险丝。这一虚拟实验可以使学生发散到多个用电器并联短路时的结论，即并联电路短路情况下所有用电器均不工作；家用电器一般并联使用并安装保险丝，同时需要合理避免电器短路。
2.利用虚拟仿真实验探究闭合电路中的欧姆定律
欧姆定律是初中物理教学中的基本定律之一，是拓展电学知识和分析电路的基础，虚拟仿真实验通过虚拟电学工具箱，设计闭合电路中欧姆定律的推导演示环节如下：
实验环节1：推导前的猜想与假设
第一步利用虚拟仿真实验中的虚拟电学工具箱，演示出不同电压下小灯泡的亮度现象；第二步演示出相同电压不同电阻下小灯泡的亮度现象；第三步提问如“电流的变化可能与哪些因素有关？”“电压不变，电阻增大，电流有什么变化”等并给出结论，即电阻相同，电压增大的情况下电流变大；电压相同，电阻增大的情况下电流变小。
实验环节2：探究电阻相同情况下电流与电压的关系
保持电阻不变，通过改变电池个数增大电压值，观察电流的变化情况并记录，得出结论和规律。即：在电阻保持不变的情况下，电流随着电压的增大而增大并且始终保持电压和电流的比值不变，得出R=U/I的结论公式。
实验环节3：探究电压相同情况下电流与电阻的关系
保持电压不变，通过改变电阻的个数增大电阻值，观察电流的变化情况并记录，得出结论和规律。即：在电压保持不变的情况下，电流随着随着电阻的增大而减小并且始终保持电阻和电流的乘积不变，得出U=IR的结论公式。
三、 小结
新课程标准的要求：“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究的过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神，实践能力以及创新意识。”所以在初中物理实验教学中，可以结合虚拟仿真实验教学模式和传统实验，以学生为教学主体，通过实验环节的展示，使学生形成模块化、系统化的知识体系，将虚拟仿真实验中学到的知识运用到实际操作中，提高学生学习物理实验的兴趣和热情。
参考文献：
[1]户永清：在实验教学中引入虚拟实验技术的研究[J]，达县师范高等专科学校学报，2005年02期
[2]贺晓华；李强：虚拟实验技术在教学中的应用浅析[J]，职业教育研究，2007年09期
[3]孙忠智；张廷进：浅议信息技术与物理课堂教学的整合[J]，中国电化教育，2006年02期
（作者单位：江西省瑞金市第四中学342500）
关键词：虚拟仿真实验 ； 初中物理； 教学应用
一、虚拟仿真实验概述
目前，初中物理实验教学中因实验仪器价格昂贵、制作复杂、构造精密所限，学生不能真实参与到理解实验思想理念、练习调整实验仪器、熟悉仪器性能构造的实践中去，而虚拟仿真实验则可以代替实际实验，提供全开放性、高综合性的平台和提供相关的实验实时数据供学生计算分析。虚拟仿真实验运用多媒体课件开发工具，通过计算机操作系统演示实验过程中的图形、图像、文字、数据等，它具有快捷、易学、简单、直观等优点，能使老师根据教学计划制作实验课件，模拟实验情境，展现教学意图，有效提升物理实验课程的教学质量并帮助教师探索新的教学方法和模式。虚拟仿真实验改善传统物理实验教学的原因如下：其一是虚拟仿真实验真实展现了物理实验的环节和过程，构建了活灵活现的实验画面；其二是虚拟仿真实验以学生为教学主体，使学生主动积极的参与到物理实验课程中，激发了其学习物理实验的热情和兴趣，使其在实验课程中发现理论知识的问题并及时纠正调整；其三是虚拟仿真实验能创新性的整合学生的理论知识，使其知识模块结构化、系统化，“温故而知新”，在知识的不断学习和理解中，动态的掌握知识、理解知识、应用知识；其四是虚拟仿真实验能在物理实验课程中营造真实性、直观性、开放性的实验环境，使学生通过虚拟网络下的探究性学习，培养学生自主设计实验、模拟实验、观察实验、归纳总结的学习能力，培养学生发现实验规律、探究实验问题、优化实验意识的学习精神，全面提升学生的文化素质和技能水平。与此同时，虚拟仿真实验仍然存在着缺陷，其不可否认的提升了教学效率和避免了实验误差，但因为其模拟性、理想化的操作缺少了实际实验的可操作性和真实感，不能真正锻炼学生的动手操作能力。
二、虚拟仿真实验的教学应用
1.利用虚拟仿真实验探究电路短路问题
电路短路问题是初中物理教学中的重点难点问题，虚拟仿真实验通过虚拟电学工具箱，增强了学生对于短路问题的理解和认识，保障解决变式问题和实际问题的能力。以下为实验环节演示：
实验环节1：观察电源短路现象
第一步通过虚拟电学工具箱提供的电源、电表、开关、保险丝等组件，使用鼠标拖动组成一个短路电路；第二步将电源两极直接与开关两端相连并打开开关，（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第三步连接电流表（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象。通过实验演示，第二步中会出现“干电池短路”的警告语，第三步则会出现电流表超出最大值的现象。这一环节的虚拟实验使学生体验电源短路并了解电源短路会造成极大电流出现并烧毁电源、引发火灾的事故。
实验环节2：电源短路后的保护措施
第一步在已短路的电路（连接电流表）中串联保险丝并打开开关（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步得出结论，即保险丝断裂，电流表数值归零。这一环节的虚拟实验使学生认识串联保险丝是防止电源短路的措施之一，同时在条件允许的情况下可展示闸刀开关、空气开关等防止短路的组件。
实验环节3：认识用电器短路现象
第一步组建串联电源与灯泡和并联电源与灯泡的电路，先打开串联开关，后打开并联开关（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步观察实验现象，即串联开关打开后两只灯泡均发光，打开并联开关后一只灯泡熄灭，另一只亮度增强；第三步向学生提出“为什么一只灯泡熄灭了而另一只却变亮了？”、“熄灭的灯泡被烧毁了吗？”“这种操作是否安全？”等问题并鼓励思考。这一环节的虚拟实验使学生认识用电器串联时，若其中某一用电器短路，则整体电路电流增大、可能烧毁其他用电器或者其他用电器使用不正常。
实验环节4：并联电路的短路现象
第一步组件两组并联电源与灯泡的电路，打开开关，（提问学生“将会出现什么现象？”）观察现象；第二步观察现象并得出结论，即并联电路中，若其中某一用电器短路，则其他用电器都不正常工作同时烧毁保险丝。这一虚拟实验可以使学生发散到多个用电器并联短路时的结论，即并联电路短路情况下所有用电器均不工作；家用电器一般并联使用并安装保险丝，同时需要合理避免电器短路。
2.利用虚拟仿真实验探究闭合电路中的欧姆定律
欧姆定律是初中物理教学中的基本定律之一，是拓展电学知识和分析电路的基础，虚拟仿真实验通过虚拟电学工具箱，设计闭合电路中欧姆定律的推导演示环节如下：
实验环节1：推导前的猜想与假设
第一步利用虚拟仿真实验中的虚拟电学工具箱，演示出不同电压下小灯泡的亮度现象；第二步演示出相同电压不同电阻下小灯泡的亮度现象；第三步提问如“电流的变化可能与哪些因素有关？”“电压不变，电阻增大，电流有什么变化”等并给出结论，即电阻相同，电压增大的情况下电流变大；电压相同，电阻增大的情况下电流变小。
实验环节2：探究电阻相同情况下电流与电压的关系
保持电阻不变，通过改变电池个数增大电压值，观察电流的变化情况并记录，得出结论和规律。即：在电阻保持不变的情况下，电流随着电压的增大而增大并且始终保持电压和电流的比值不变，得出R=U/I的结论公式。
实验环节3：探究电压相同情况下电流与电阻的关系
保持电压不变，通过改变电阻的个数增大电阻值，观察电流的变化情况并记录，得出结论和规律。即：在电压保持不变的情况下，电流随着随着电阻的增大而减小并且始终保持电阻和电流的乘积不变，得出U=IR的结论公式。
三、 小结
新课程标准的要求：“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究的过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神，实践能力以及创新意识。”所以在初中物理实验教学中，可以结合虚拟仿真实验教学模式和传统实验，以学生为教学主体，通过实验环节的展示，使学生形成模块化、系统化的知识体系，将虚拟仿真实验中学到的知识运用到实际操作中，提高学生学习物理实验的兴趣和热情。
参考文献：
[1]户永清：在实验教学中引入虚拟实验技术的研究[J]，达县师范高等专科学校学报，2005年02期
[2]贺晓华；李强：虚拟实验技术在教学中的应用浅析[J]，职业教育研究，2007年09期
[3]孙忠智；张廷进：浅议信息技术与物理课堂教学的整合[J]，中国电化教育，2006年02期
（作者单位：江西省瑞金市第四中学342500）