浅论模拟实验与初中科学教学

饶雪静　王利娜　董丽丹

【摘要】：初中科学教育是在义务教育中以系统传授和学习自然科学知识为基础，实现人的科学化的教育活动。其教育目的在于提高学生认知世界、发现世界、探索世界的能力，培养学生的科学素养。而科学作为一门以实验为基础的学科，用科学实验来“摆事实，讲道理”是提升学生科学素养的重要手段。其中，模拟实验是实验教学中一个重要的方法。本文则从分析模拟实验在初中科学教学的运用；分析模拟实验在教学中的作用等方面论证模拟实验在初中科学教育中的必要性及重要性。

【关键词】：模拟实验；科学教学

一、模拟实验的定义及运用

1.1模拟实验的定义

模拟实验是通过设计与原型或自然现象或过程相似的模型，并利用该模型来间接研究原型的方法。在初中科学教学中通常用模拟实验重现时过境迁或稍纵即逝的自然现象及过程，或模拟肉眼无法观测到的微观、宏观现象，将科学现象简化或缩放，让学生对更加直观具体的认识科学现象，帮助科学教学的开展。

1.2模拟实验在科学教育的运用实例

在教学八年级上册第一章有关水的知识时，学生对“水的组成”中“一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成”这个概念理解起来有难度，为帮助学生理解，课本中用蓝色大圆球代表一个氧原子，用白色小圆球代表氢原子，将两个小圆球及一个大圆球以一定结构粘在一起表示水分子模型，接着把他们拆开再重新组合这一过程来表示水电解的过程。通过这一模拟实验，学生能对分子和原子加以区分及认知，更清晰地掌握水的电解的过程。

在教学九年级下册第一章演化的自然时，教材介绍了一个经典的模拟实验：1953年，美国生物学家米勒在实验室用充有甲烷、氨气、氢气和水的密闭装置，以加热、放电来模拟原始地球的环境条件，合成了氨基酸、有机酸和尿素等。科学家们通过这一模拟实验来论证生命起源的化学进化假说，为假象提供支持的依据。

1.3模拟实验的分类

根据模拟的对象，模拟实验可分为模拟实物、模拟反应过程、模拟运动状态、模拟图像、模拟表格等。

根据浙教版初中科学教材及科学授课的情况，分析得现初中科学中常见的模拟实验有以下四类：

（1）模拟原理：模拟温度计、模拟密度计、模拟潜水艇沉浮等。

（2）模拟成因：模拟火山爆发、模拟泥石流形成、模拟板块碰撞张烈、模拟岩石的分化等。

（3）模拟过程：模拟细胞分裂、模拟远去的船只、模拟地球运动、模拟星系运动等。

（4）模拟缩放：地球仪、人眼球模型、分子模型、模拟分子间有空隙。

二、模拟实验在科学教学中的作用

1.模拟实验是对直接实验的一个必要的補充：许多自然现象和自然过程，教师在进行授课时往往不能直接将实验手段作用于所研究的对象或现象，而必须采取模拟实验的方法进行。如在讲授水分子的结构及水的电解过程时，教师不可能直接让学生观察水分子，因为它微观至极。这时候，老师便可以利用模型教学，填补学生对水分子的认知空白。

2.模拟实验有利于初中科学的直观教学：初中的学生其思维认知和抽象想象的能力尚不成熟，而对直观的感官知觉较为敏锐。在科学课堂上，如果纯粹用文字表达的形式灌输知识恐怕不能为之接受，而若是利用感官去施教，给以深刻具体的印象，以直观的方式突破知识点的教学，其教学效果定会有所不同。

3.模拟实验有利于学生学习能力的培养：利用模型思维认识世界、解决实际问题是一种科学探究的学习方法；动手建立模型，结合实际改善模型是学生学习能力的重要体现。在学生利用模拟实验解决问题并不断操作训练时，学生的动手操作能力、空间想象能力、模型思维能力都在不断提升，学生的学习水平和学习能力都得到了锻炼。

三、模拟实验在运用时的注意事项

1.注重原型与模型的区分。模型是从复杂的原型中抽离出来的，但模型不代表原型。模型的建立可能是建立在一定条件下的，那么尤其得出的结论及规律就有一定的运用范围；模型不是固定不变的，它随着人们对原型认知的进步而不断完善，得到改善的模型也将使人们获得对课题的进一步认识；模型不是唯一的，不同的人从不同的角度看待问题，其建立的解决问题的模型亦不同。但不论原型与模型的差异多大，在运用模型解释原型本质时，都要立足于实践，用模型方法取得的研究成果认识原型的同时，用原型检验模型改进模型。

2.注重学生模型思维的培养。“从复杂的实际问题中找出简单的理想的模型，用简单的理论去解释复杂的实际”这是一种科学研究的思维方式。在模拟实验的教学中教师要渗透这种思维模式，提升学生的思维能力。具体地说，就是要引导学生认识为什么要建立模型？怎么样建立模型？模型运用的条件是什么？怎么用模型研究来拓展对客体的认识？既要传递一种“用模型模拟的方法解决生活实际”的理念。

3.注重学生建模方法的学习。模拟实验一般从复杂难解的问题中抽离出有本之意义的模拟装置——模型；再按照实验步骤，按照原型的运行规律、形成原理等，进行推测性的模仿，演绎其变化过程；最后再把分析得出的结论运用于原型。美国教育家杜威就曾指出：对于科学，要掌握的不只是知识，还应包含过程、方法，及在科学探究中创建出实际问题的模型的过程和方法训练。因此，这种建模的基本方法是学生学习的重点。

四、总结

从对模拟实验的运用、作用等分析我们可以发现，模拟实验在初中科学的教学过程中有广泛的运用，同时模拟实验对课堂教学起到了很好的辅助作用。这种教学方法拓宽了科学教学的空间，充分利用了学习资源，不仅解决了问题，更大大激发了学生学习科学的兴趣，提高学生的学习水平。因此，模拟实验教学不能缺席科学教学，没有模拟实验，初中科学学习旅程必将黯然失色。

参考文献：

[1]陈国春. 初中科学教学中的模型教学运用[J]. 青少年日记：教育教学研究， 2012（9）：48-48.

[2]楼国军. 初中科学模拟实验教学实践与反思[J]. 新课程·上旬， 2014（8）.

[3]刘云. 模拟性实验在初中生物实验教学中的应用[J]. 新课程·中学， 2013（11）：176-176.

[4]模型方法在初中科学教学中的应用探讨_马宏伟