用信息化手段整合中学实验教学模式

■陈应清

正确理解传统实验室、探究性实验室、仿真实验室在中学实验教学中的地位和作用，在课程改革中有效整合各种实验模式，让信息技术在中学实验教学中发挥就应有的作用，促进中学实验教学。

随着信息技术加速应用于教育技术装备和实验室建设，重庆市中学已建成相当数量的探究性实验室、仿真实验室，有效地促进了本市中学实验教学方式和手段的信息化，丰富了实验教学。这里就传统实验室、探究性实验室、仿真实验室结构、特点进行分析，探讨中学实验教学模式的整合。

1 三种实验平台比较

1.1 传统实验室

1）传统实验室构成。实物教学仪器+基础设施（如水、电、气相关设施、实验桌凳），是实验室最基本构成模式。

2）传统实验室功能。传统实验室是目前中学实验教学的主要场所，是中学最成熟、使用率最高的主体实验场地，承担着中学理科常规实验教学和拓展实验任务。

3）传统实验室特点：实验方法比较单一，传统的实验教学方法多表现为灌输式，偏重于所学知识的验证，学生在规定的时间内，根据教材规定的实验项目、步骤和方法，对理论教学知识进行验证；实验内容相对机械，实验内容多为教师或教材设计好的，并有详细的指导书，学生只能在教师规定的框架里进行实验，处在被动的地位，难以激发学生创造性思维和学习兴趣；实验类型固定，只有教师演示和学生分组实验两种类型。

1.2 仿真实验室

1）仿真实验室构成。基础设施+计算机+虚拟实验软件，是一种无实物仪器的虚拟实验计算机系统。以仿真的方式为实验教学创造一个实时反映实验对象变化与相互作用的三维虚拟世界，师生通过计算机显示观测与该虚拟世界交互的三维界面，使师生可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。

2）仿真实验室功能。能虚拟完成传统实验内完成的所有实验，在短时间内实现实验过程重现，并能完成更多的拓展实验，体现了以培养学生的创新精神和实践能力为主的思想，对辅助实验教学有积极作用。

3）仿真实验室特点。仿真实验室是新型实验教学模式，一种与传统实验有质的区别的实验架构。仿真实验室是利用软件，提供了一个实验器具完备的综合性实验室，师生可以亲自动手创建完成所能想象的所有实验。它互动性强，仿真实验室让师生仿佛置身于真正的实验室中，共同设计实验、开展探索和分析、完成实验、总结规律，为师生提供互动参与环境。仿真实验室覆盖面广、成本低、安全性高、实验时间短、高重复性。可便捷地制作课件、模拟物理、化学、生物、地理等学科实验,实现了实践学习与使用计算机的统一，动手与动脑的统一。

1.3 探究性实验室

1）探究实验室的构成。基础设施+传统实验仪器+数据采集与分析系统+网络化计算机+大屏幕多媒体投影系统。探究实验室是在新课程标准的指导下，对中学理科实验教学数字化而产生的实验室，又名“数字化实验室”。探究实验室能为学生提供必要的探究工具，是课程改革非常重要的组成部分，也是进一步深化教学改革，切实提高教学质量的关键。有“软件”指引，“硬件”支持，从而保证了中学实验教学从传统模式迈入数字化、信息技术化模式。

2）探究实验室的功能。探究实验室是引入信息化手段的传统实验室。探究实验室能完成传统实验室所完成的全部实验，并改进、拓展原有实验仪器功能，实现由学生自己设计实验步骤，通过实验得出结论，充分支持新课改下学生进行多方面探究学习的环境，创设一个面对真实事物进行探究的环境。

3）探究实验室特点。

①符合中学理科新教材，是新教材配套实验室。这种实验方式能大量采集处理实验数据、真实还原信号发生的过程，使实验结果更真实；能够捕捉被测量的微小变化和瞬间变化，扩大实验可研究范围的深度以及广度；能利用录像技术逐步分析实验过程。

②实现信息技术与学科教学的整合。在传统实验室中引入传感器为主的数字化实验系统，基于计算机平台实现中学理科实验数据采集的数字化和自动化、数据处理和数据分析的智能化，大大提高学生综合信息处理的能力，有效地实现信息技术与学科教学的整合。

③拓宽实验范围，实现学科实验整合。能整合理科实验，使得实验的内容突破学科的限制，为探究实验室的学生自主探究提供平台，有利于探究学习，培养学生的创新能力。

2 明确三种实验平台关系

传统实验平台是实验教学的主体。在目前中学实验教学中，实验设备以传统实物器材为主，传统实验方式是实验教学的主体，这种实验方式直观真实，对培训学生的科学态度和动手能力是任何其他实验教学方式不能取代的。

探究实验室是传统实验室的创新。这种实验方式是在传统实验方式的基础上使用了信息处理手段，可更加精密地显示各实验变量的关系，拓展了实验范围，提高了实验数据处理能力。让师生能自主设计更多教材以外的实验，有效探索实验过程和实验结果的关系，探究实验规律，对丰富实验数据的处理方式、提高数据处理能力和速度、对培养学生科学素养效果显著。

仿真实验室是中学实验的新类型，是对中学实验教学方式的补充和完善。这种虚拟实验方式是教育信息化中的新实验方式，与传统实验方式有本质的区别，仿真实验无实物器材，完成实验的时间大幅缩短，实验安全性好。这种实验方式更多适用于辅助学生复习实验、完成当前所缺相应实验器材实验、目前无法实现的条件的实验、危险实验、微观实验、宏观实验，是常规实验教学的重要辅助手段，对缓解实验装备经费紧张、满足师生的创新需要、补充和完善实验教学有重要作用，有利于实验教学和设施利用。

3 整合实验教学方式，有效开展实践教学

当前，传统实验、探究实验、仿真实验三种实验方式在本市中学实验教学中是并行的，全市中学实验教学方式以传统实验方式为主，探究实验、仿真实验为辅。

3.1 开展实验教学研究，探索实验教学新方式

近年来，重庆市开展了多种形式信息技术与传统实验教学整合，取得了一些实效，如璧山中学《高中理化生实验中学生探究能力的培养》（04-JY-06）、璧山县来凤中学《现代教育技术与初中物理实验教学的整合》（04-JY-05）、黔江区民族小学《现代教育技术与小学实验教学整合的研究》（04-JY-22）研究课题已结题，这都是从不同侧面有效探讨新实验方式与传统实验方式整合的实例，对如何利用探究实验室、仿真实验室组织实验教学及与传统实验方式整合起到引领和示范作用。

3.2 积极应用新技术完善中学实验方法

探究性实验、仿真实验都是在信息化条件下新的实验方式。重庆市中小学正在大力推进教育信息化建设，据不完全统计，目前中学已建设了300余间探究性实验室和仿真实验室，为理科老师开展探究性实验、用仿真实验的新技术去改进、去补充、去替代原有实验方式，形成三种实验方式整合，有效提高了实验教学的效率，特别是为高中学生复习、辅助实验教学提供了支撑。

在常规实验教学中，教师们利用传感技术、信息技术与传统教学方法有机结合，设计出家庭实验探究活动和分组实验探究活动，让他们抱着怀疑日常经验的态度，在老师的指导下，通过相互协作，去发现问题、提出假设、设计实验过程、分析实验结果、得出科学结论。从而培养学生的创新思维能力和科学探究的方法。

现代信息技术能够充分表现出物理现象中大与小、远与近、动与静、快与慢、整体与局部、内部与外部等一系列复杂现象或过程，模拟各种线性、非线性电路，取得直接的仿真效果。中学实验用传统仪器难以完成的实验或实验现象不明显的实验，这些实验又是教学必须的，仿真实验的应用就会取得意想不到的效果。例如：1）电路中短路现象、振荡现象、粒子在磁场中的运动规律等用传统实验方式无法有效展现，但用仿真实验技术来演示，可取得传统实验所无法达到的直观效果；2）大爆炸现象传统实验不准做、不便做也不能做，但采用仿真技术来实现这一难题就迎刃而解了；3）动量守恒是基本的守恒定律，传统实验无法看到微观世界的粒子与粒子相互碰撞的奇妙现象，而采用宏观的仿真设备模拟微观粒子相互碰撞，依据实验原理拟定实验方案，根据实验方法准备好实验器材，就可以简单明了地解决这一问题。

3.3 坚持实验教学以传统实验为主导，充分发挥不同实验方法的优势

目前，重庆市中学共建成传统实验室1800余间，是实验室的主体，也是本市中小学标准化建设的基本要求，传统实验室在中小学教学中是不可替代的。仿真技术能够弥补和完善传统功能组合技术实验中不能达到或不能完全体现的部分，探究性实验室、仿真实验室在中学实验教学中有效弥补了传统实验室的不足，促进了本市中学实验教学方式多样化。

传统实验和仿真实验有机结合，是重庆市实验教学改革的基本思路。仿真实验软件提供了充足的虚拟元器件资源，学生实验时不会因接线出错而造成短路事故，不会因误操作而造成人员或仪器设备损伤，不会发生实验室内常见的故障：如示波器只有单个通道正常；信号发生器产生波形失真；万用表电池不足；测电阻读数不准等。传统实验给学生以直观真实体验，虽然有实验过程中需要很多仪器设备、占用空间多、仪器使用前要调试、实验时间长、误差控制难度大、生成实验报告麻烦等诸多不便，但这恰好是中学实验教学让学生获取知识和动手能力不可替代的教学模式。

笔者认为，单纯用仿真实验方式代替传统的实验方式的作法不妥。传统的组合仪器在实验中能给学生以“真实感”，中学实验的多数实验结果也只有通过真实的传统实验才能得到，学生在仿真实验中有“不踏实”感觉；仿真技术的局限性恰恰是传统实验的优点，发挥二者各自的优势，是创新中学实验方式的着力点。因此，用新技术整合中学实验教学方式仍要坚持以传统实验教学方式为主，传统的实验方式记载着前人进行科学研究的思路，同时传统的数据收集和数据处理工作对培养学生细心观察、认真思考和科学分析能力都是十分重要的方式；探究实验方式、仿真实验方式是传统实验方式的丰富、补充和完善。■