仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的功能與應(yīng)用

1、仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的功能與應(yīng)用一、仿真實(shí)驗(yàn)的定義仿真實(shí)驗(yàn)（虛擬實(shí)驗(yàn)）指的是利用計(jì)算機(jī)來模擬（仿真 ） 實(shí)驗(yàn)的環(huán)境及過程，讓教師或?qū)W生通過計(jì)算機(jī)操作來“做”某一實(shí)驗(yàn)， 從中學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)從實(shí)驗(yàn)中獲得的知識(shí)及訓(xùn)練效果， 以代替或加強(qiáng)傳統(tǒng)開設(shè)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)二、仿真實(shí)驗(yàn)室研究現(xiàn)狀仿真實(shí)驗(yàn)室概念的提出至今僅為 10 余年的時(shí)間，但因其誘人的應(yīng)用前景，各國(guó)均在大力開發(fā)，已經(jīng)取得了很 大的進(jìn)展。1. 美國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展2. 歐洲虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展3. 其他國(guó)家虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展4. 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀三、仿真實(shí)驗(yàn)在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用概況仿真實(shí)驗(yàn)法以它的眾多優(yōu)點(diǎn)也逐漸滲透到中學(xué)教學(xué)中。國(guó)內(nèi)外的許多中學(xué)陸續(xù)將仿真實(shí)驗(yàn)法運(yùn)用

2、到教學(xué)中， 尤其是在國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家，不僅將仿真實(shí)驗(yàn)用于教學(xué)的演示，更多的是讓學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開發(fā)和探索 式的學(xué)習(xí)。我國(guó)南方的中學(xué)使用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示教學(xué)的逐漸增多， 北方的學(xué)校相對(duì)應(yīng)用較少。 但無論是南方還是北方， 對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的功能開發(fā)和利用并不深入。還有相當(dāng)多的教師認(rèn)為仿真實(shí)驗(yàn)法并不科學(xué)?？偟恼f來，仿真實(shí)驗(yàn)并 沒有真正深入到中學(xué)的教學(xué)中。四、真實(shí)實(shí)驗(yàn)的不足1、真實(shí)實(shí)驗(yàn)常受到儀器本身的限制，而不能很好地實(shí)現(xiàn)。主要體現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：(1) 真實(shí)實(shí)驗(yàn)所用的儀器常會(huì)受到教學(xué)經(jīng)費(fèi)的限制而導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)無法開設(shè)和進(jìn)行，例如光電效應(yīng)，氣墊導(dǎo) 軌的使用。(2) 真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器本身的因素會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來很大的

3、誤差，從而帶來不必要的麻煩。例如，探究力的平行 四邊形定則實(shí)驗(yàn)中，彈簧秤的零點(diǎn)誤差及規(guī)格，所用橡皮條的質(zhì)量等都會(huì)給探究結(jié)果帶來較大誤差。2、某些真實(shí)實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，使學(xué)生無法直接參與實(shí)驗(yàn)。如一些化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶 來的危險(xiǎn)。3、真實(shí)實(shí)驗(yàn)常受到客觀環(huán)境中諸多因素的影響，而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，大大沖淡了人們對(duì)事物本 質(zhì)的認(rèn)識(shí)，也大大降低了學(xué)習(xí)和研究的效率，甚至?xí)箤?shí)驗(yàn)者喪失信心。4抽象的物理現(xiàn)象無法通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)。如：環(huán)形電流周圍的磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)周圍的等勢(shì) 面分布等。5真實(shí)實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭軐?shí)驗(yàn)儀器和客觀因素的影響有時(shí)可重復(fù)性不好，效率也較低，這給學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)

4、和自主學(xué)習(xí)活動(dòng)帶來很大的不便。容易使學(xué)生對(duì)探究學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)失去信心和興趣。五、仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)上述真實(shí)實(shí)驗(yàn)存在的不足都可以用仿真實(shí)驗(yàn)來改進(jìn)甚至是取代。首先，仿真實(shí)驗(yàn)可以逼真地模擬實(shí)際的物 理環(huán)境，可以逼真地模擬實(shí)際的儀器，如小球、磁鐵、軌道、斜面、電表以及各種電學(xué)元器件等等，因此原則 上真實(shí)的實(shí)驗(yàn)都可以用仿真實(shí)驗(yàn)來模擬和再現(xiàn)。其次，仿真實(shí)驗(yàn)有著真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法取代的優(yōu)越性，這體現(xiàn)在：1. 仿真實(shí)驗(yàn)具有虛擬可擴(kuò)展性。2. 仿真實(shí)驗(yàn)效果更好3. 仿真現(xiàn)實(shí)條件下不可能完成的實(shí)驗(yàn)4. 避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的各種危險(xiǎn)5. 形象的仿真抽象的物理現(xiàn)象6. 加大實(shí)驗(yàn)的分析力度7. 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，考核實(shí)驗(yàn)效果8. 仿真實(shí)驗(yàn)

5、是學(xué)生進(jìn)行自主研究性學(xué)習(xí)的很好的途徑之一六、仿真實(shí)驗(yàn)的局限性（1）虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的非真實(shí)性（2）虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的非嚴(yán)謹(jǐn)性（3）虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)教師的要求較高七、仿真實(shí)驗(yàn)制作的基本要求（1）定位要準(zhǔn)。（2）仿真度要高。（3）交互性要強(qiáng)。（4）智能化要高。八、仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用（1）仿真實(shí)驗(yàn)在力學(xué)中的應(yīng)用。（2）仿真實(shí)驗(yàn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用。（3）仿真實(shí)驗(yàn)在光學(xué)中的應(yīng)用。九、總結(jié)通過對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的作用，以及仿真實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的幾個(gè)實(shí)例應(yīng)用 和它們所帶來的良好的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)一步說明了仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣，在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)得到廣泛的應(yīng) 用。它可以突破教學(xué)空間、儀器設(shè)備等種種因素的限制；可以突破外界環(huán)境中不確定因素的影響；可以不受時(shí) 間和空間的限制。它具有虛擬可擴(kuò)展性、可控制性和虛擬可實(shí)現(xiàn)性，以及可重復(fù)性等等，而成為中學(xué)物理教學(xué) 的重要輔助手段，成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的重要工具。隨著時(shí)代發(fā)展、科技進(jìn)步，人類 需要掌握的知識(shí)量也