Ｅｄｉｓｏｎ如何助实验课尽善尽美

汤跃明　职卫星　张锦华

实验可以帮助学生学习比较抽象的科学知识，锻炼他们的动手能力和解决问题的能力。但由于经费、场地、安全等原因，有些实验很难让学生操作。Edison仿真实验软件的出现突破了传统实验的局限性，便于学生自主学习和研究学习。

一、简而论之述Edison

Edison仿真实验软件是专用于电子线路仿真的“虚拟电子工作平台”软件工具，该软件拥有仿真度很高的常用电工电子元器件模型库，能对实际电路进行有效的模拟仿真分析。Edison将原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等，全部集成到同一个电路窗口中。测试仪表和某些仿真元件的外形与实物非常接近，且仪器的操作开关、按键与实际仪器仪表极为相似。因此通过电路的仿真设计，既可以熟悉电路，又熟悉了仪器仪表的使用方法，同时与实验操作也不脱节。Edison的另一个很大的优点是该软件提供了中文版本，全中文模拟操作环境能使学生的学习效率大大提高，有利于该软件在电路课程教学中的使用和推广。在网络中，我们可以很容易地获得Edison的试用版。试用版虽然没有保存和打印功能，并且只能适用于小规模电路，但对中学实验来说已经是绰绰有余了。

二、止于至善用Edison

1．实验准备工作

欧姆定律是人教版物理义务教育八年级下册第六章《欧姆定律》的第四节内容。欧姆定律是电学中的基本定律,是进一步学习电学知识和分析电路结构的基础。学生对实验方法的掌握既是重点也是难点,这个实验难度比较大,主要在实验的设计、数据的记录以及数据的分析方面。由于实验的难度比较大，学生出现错误的可能性也比较大,所以第一次实验课在多媒体教室上，学生利用Edison仿真实验软件可以反复实验，不用担心仪器缺少和损坏的问题。

我们选取河南焦作实验中学八年级的40名同学参与实验。通过前几节课的学习发现，他们普遍喜欢电路实验，枯燥的讲解难以激发他们的兴趣。实验室由于器材和场地的限制，只能让学生进行小组实验，这样就很难保证每个学生都有实验操作的机会。而在装有Edison仿真实验软件的多媒体教室，每个学生都可以在自己的计算机上进行自主的实验探究，充分调动了学生的积极性。课前调查表明，学生们从小学四年级就开始上信息技术课，并且大多数学生家里都有电脑。通过课前的计算机能力测试确保参加实验的学生都熟悉计算机的基本操作，为本节课的学习打下了良好的基础。

根据教学内容和教学对象分析，确定以下教学目标：

(1)知识与技能目标：通过实验探究电流、电压、电阻的关系,理解欧姆定律的物理意义；学会使用电压表和电流表测量导体两端的电压和其中的电流,并通过数据分析归纳其中的物理规律。

(2)过程与方法目标：引导学生有依据地进行合理的猜想,学习用不同的方法研究物理问题。

(3)情感态度和价值观目标：培养学生大胆猜想,小心求证的科学精神。

通过Edison仿真实验软件预备课，一方面让学生们熟悉Edison的基本操作，另一方面确保多媒体教室所有安装Edison的计算机运行正常。

2．实验过程

(1)连接电路

首先，从左边窗口元器件库中拖动一个稳压直流电源放在工作台适当位置，再依次拖入开关、电流表和定值电阻并合理摆放。接下来的连线也非常容易，只要将鼠标指针移到接线柱上单击左键再移动到另一接线柱单击即可。在元器件拖入工作台后，我们可以看到右窗口会同时出现对应的电路图符号。

(2)电阻不变时，测电流与电压的关系

双击电阻图形，在参数项目中将其阻值修改为10欧（10.0hm）。调节电源旋钮使电阻两端电压分别为U=2V、4V、6V、8V时，打开开关，电流表立即显示数值，记录实验数据。实验完毕，断开开关，保留电路。分析表中实验数据发现：在电阻一定的条件下，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。

(3)电压不变时，测电流与电阻的关系

电源电压保持不变（U=4V），双击电阻图形，将其阻值分别改为5欧、10欧、20欧、40欧，记录电流表对应的数值。分析实验数据发现：在电压不变的条件下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。

3．教学效果的评估

我们从学业成绩、学习效率、学习的趣味性、信息技术应用能力四个方面设计调查问卷，以评估教学的效果。

问卷调查的实施时间为2008年9月20日。调查是以研究者直接到班级发放问卷，当场收集问卷的方式进行。问卷调查共发放问卷40份，收回问卷40份，回收率为100%。统计结果如下：学生对基于Edison实验的学习反映普遍比较好，92.5%的学生认为达到了教学目标；50%的学生认为学习的效率得到提高。这主要因为由于受实验室条件限制，学生3人～4人组成的实验小组是分工合作，而基于Edison实验每个人需要做所有的工作。90%的学生认为基于Edison实验的实验趣味性强，在完成教学任务后会发挥想象力设计一些电路，而不用担心器材限制；65%的学生认为自己的信息技术应用能力得到提高。通过座谈也发现，被学生们誉为“计算机高手”的认为“操作Edison对他们没有多大的挑战性，比玩游戏简单多了”。

三、独具慧眼评Edison

从上面的实例我们可以看出Edison电子仿真实验软件使用十分方便，又很有趣味性，教学效果明显，为教师提供了一条实验教学的方便之路，为学生提供了一个广阔的活动舞台，有利于学生在实验中自主学习和探究。但在使用过程中还是存在一些问题：

1.仿真实验并不能完全代替实物实验，接线等操作技能学生只有通过真实的操作训练才能真正掌握。一味追求仿真，只能是走向一个新的误区。

2.不是所有实验都能使用Edison，如电流表、电压表等仪表的使用实验。原因是Edison中的仪表都是数字式的，能直接显示读数，而目前教材中所使用的仪表需要通过刻度来读数。

3.Edison中的元器件即使损坏了可以用“修复”命令立即修复，这一优点在某种程度上也是一种缺点。很多学生因此在仿真实验中忘记了实验的操作规范，并把这种坏习惯带到实物实验中，不利于学生的动手实验能力的提高。故而不论是在仿真实验还是在实物实验时，教师都应时刻强调实验操作的规范性。

随着Edison仿真实验软件和类似软件的应用，实验仪器的数字化、虚拟化的发展趋势越来越明显。如果运用虚拟仪器技术，以微机为基础，构建集成化测试平台，不但可以满足中学实验教学的需要，大大提高设备利用率，而且可以降低实验室建设的成本。

参考文献

[1]丁美荣,柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术,2007,(7).

[2]刘立新,胡刚.Edison仿真分析在电学实验中的应用[J].中国教育技术装备,2004,(5).

[3]王惟信,莫志衡.Edison立体声光实验室[M].北京:人民邮电出版社,2002.

（作者单位：河南师范大学物理学院教育技术系 河南焦作实验中学 河南师范大学物理学院教育技术系）