计算机模拟实验是否可以替代物理演示实验

1、计算机模拟实验是否可以替代物理演示实验横县第二高级中学 黄晓燕摘要：在新课改背景下，计算机辅助教学走进了千家万所校园，掀起了一股追求“多 媒体”的热潮，出现了以计算机模拟实验来替代物理演示实验， 甚至替代了学生分组 实验的现象。 本文就计算机模拟实验的利与弊谈谈一些看法， 并进一步提出自己的一 些想法。关键词： 计算机模拟实验 演示实验 计算机辅助教学 创新能力 引言： 在新课程改革的大背景下，教学手段也从单一的“粉笔 +黑板”趋向了多元化， 除了传统的挂图、 演示，今天用得最多的就是计算机辅助教学。 计算机辅助教学图声 并茂，生动活拨， 固然有它不可比拟的优势， 也是现代化教学不可缺少的重要

2、辅助教 学手段。因此，近几年来在教育教学领域掀起了一股追求“多媒体”热潮，甚至有人 认为没有多媒体参与的课堂就不是素质教育， 不是现代化教学。 这种疯狂的追求出现 了以“鼠标 +屏幕”完全替代了传统的“粉笔 +黑板”的现象，以计算机模拟实验替代 了传统的演示实验， 甚至完全替代了学生分组实验的现象。 本文就“计算机模拟实验 是否可以替代物理演示实验” 这个问题来谈谈一些看法， 并进一步提出自已的一些想 法与同行朋友共享。一、由于计算机模拟物理实验不受时间、空间的限制，又具有信息容量大、可视度 高、操作快捷方便、图文声色并茂等特点，决定它在教学中起着不可替代的作用。1、用计算机模拟不可实现或难以

3、实现的物理实验，使物理现象或物理过程变得直观 化、形象化、简单化，有利于学生形成感性认识，这点也是计算机模拟实验的最大价 值所在。如研究微观世界时（例如卢瑟福 a 粒子散射实验的示意模拟、 核裂变的模拟、 光电效应的模拟等） ，看不见也摸不着， 显得非常抽象， 给学生的理解带来极大困难。 利用计算机的放大功能， 可以使微观过程可视化， 使抽象内容形象化， 可以极大地减 轻学生的认知负担， 有利于学生对知识的深入理解。 又如研究难以观测的天体运动和 宇宙的演变过程时（例如开普勒三大定律的物理情景的模拟、卫星发射原理的模拟 等），可以利用计算机的缩放功能，使庞大的天体可以呈现在屏幕上，漫长的宇宙演

4、 化过程、物质间瞬间即逝的相互作用（如闪电）现象，可以通过计算机随意地加快或 减慢，帮助学生对物理现象或物理过程的理解。 这就有利于学生建立正确的物理表象， 使学生对一些无法实验或无法观察到的物理现象或物理过程有了更为深刻的感性认 识，有效地激发学生的学习兴趣。2、用计算机模拟物理实验可以方便重现物理情景， 帮助学生加深知识的理解与记忆。 在物理教学中， 实验是教学的重要组成部分， 在一节课中， 所涉及的知识可能不只一 个实验， 但由于实验条件的限制， 不可能都通过演示实验来唤起学生的记忆， 而利用 计算机模拟实验可以方便快捷地重现物理情景， 从而唤起学生的记忆和加深对实验的 理解，提高课堂教

5、学效率。 尤其在习题课上， 计算机模拟实验的优势就表现得淋漓尽 致了。3、用计算机模拟实验可以准确快速地处理实验数据，可以做到实验零误差，这有利 于学生对实验原理的理解， 避免实验误差的干扰。 此外计算机还具有信息容量大， 可 视度高、图文声色并茂等特点， 从多角度刺激学生的神经系统， 激发学生的学习兴趣。正因为计算机模拟实验有其不可比拟的优越性，所以，有些教师认为在时间有限 的课堂上，模拟实验操作起来方便快捷，而且不会有误差，解释起来显得简单明了， 似乎学生更容易接受。 而演示实验费时费力， 实验结果还不一定理想， 不如以模拟实 验替代演示实验来得好。那么，计算机模拟实验是不是完美无缺呢？当

6、然不是。二、任何事物都具有两面性，计算机模拟实验固然有其优越性，但也不可避免出现 一些弊端，主要有以下几个方面的表现：1、模拟实验本身不真实，不利于培养学生实事求是的科学态度。 即使计算机模拟得 再完美，也会给人以虚幻之感，不利于培养学生实事求是的科学态度。比如，在一堂 “自由落体运动” 的公开课上， 老师为了让学生观察不同质量的物体只在重力作用下 同时在同一高度下落的运动情况时， 特制作了很逼真的多媒体课件， 教师对着视频画 面解释说这是一个牛顿管， 管里边的空气已被抽空， 当按下播放按钮时要同学们注意 观察管中同时下落的两个物体 （铁块和羽毛） 的运动情况是否相同。 模拟演示的结果 当然是

7、毫无误差两物的下落情况完全相同。 但演示一结束学生就热闹起来了， 不 禁提出：“真是这样吗？”、“不可能吧，好像是重的物体下落得快呀？”、“什么 会这样？”之类的质疑。遗憾的是：接下来老师并没有以实际的演示实验给学生答疑， 而是以模拟实验一代而过， 硬灌给学生质疑的结论， 学生会相信吗？这岂不是违背了 实事求是的科学态度吗？教师是集教学和示范于一身 , 要培养学生实事求是的科学态 度，首先自己要做实事求是的典范，不能图一时的方便或盲目追求“多媒体”。2、模拟实验本身不真实 , 容易引起学生的质疑， 不利于培养学生学以致用、 解决实际 问题的能力。 在我们教学中，学生能学以致用、解决实际问题是教

8、学的能力目标，那 么如何才能更好地达到这个目标呢？加强演示实验就是一个重要的途径之一，因此， 在新一轮课改中， 教科书上大大增加了演示实验。 学生在教师的精心设计下积极参与 演示实验， 对物理现象和物理过程也就有了更为深刻的理解， 同时动手能力和观察能 力也大大得到提高， 这是能够学以致用、 解决实际问题的重要前提条件。 如果以模拟 实验替代了演示实验， 由于其自身的不真实性， 必然会引起学生的怀疑， 尤其是那些 受生活经验的负面影响比较大的问题 （ 如似乎重的物体自由下落快些；似乎力是维持 物体运动的原因；似乎速度大的物体惯性大等问题 ） ，如果光靠模拟演示实验，学生 会相信吗？对于学生不信

9、任的知识点， 学生能够应用它来解决实际问题吗？模拟演示 实验是比较难以改变学生脑海中早已生根蒂固的生活经验的， 事实胜于雄辩， 只有实 际的演示实验才能够解开学生心中的“迷团”。3、计算机模拟实验不利于培养学生的创新能力。随着社会的发展，创新的竞争势不 可挡，没有创新就会落后，落后就挨打。 如今我们的社会已是知识经济时代，而创新 就是这个知识经济时代的竞争，英特尔公司总裁安迪 . 格罗夫说：“创新是惟一的出 路，淘汰自己，否则竞争将淘汰我们” ，著名的福特公司创始人亨利 . 福特也说：“不 创新，就灭亡” 。那么在物理教学中如何有效地培养学生的创新能力呢？门捷列夫 说过：“科学的原理起源于实验

10、的世界。” 任何科学真理都离不开实验，而物理学 是以实验为基础的自然科学， 实验理所当然是物理教学的一个重要组成部分， 而演示 实验是物理实验部分的重中之重， 教师应该尽可能多设计一些演示实验， 尤其是探究 性实验， 引言学生积极参与， 使学生获得亲身参与探索研究的体验， 有效培养学生发 现问题、解决问题、收集信息和处理信息的能力；使学生学会分享和合作，培养学生 科学的态度和道德观； 同时也培养了学生对社会的责任感和使命感。 这是激发学生兴 趣，促使学生主动学习， 使学生获得物理知识和技能的一个重要过程， 也成为理解物 理知识、进行科学探究、 联系社会生活进行创新的一个重要过程。 如果以计算机

11、模拟 实验替代了演示实验， 由于学生参与程度大大下降， 必然导致学生动手能力差， 即使 学生对模拟实验的过程原理非常清楚， 毕竟模拟实验不是真实的， 犹如温室里的花朵， 一遇见阳光风雨就经不起考验， 不利于培养学生观察能力、 发现问题和解决实际问题 的能力。这岂不是扼杀了学生的创新思维，束缚了学生的创造力？三、不论是计算机模拟实验还是演示实验都有其自身的优势和缺陷，本人认为只有 将两者有效地结合起来才能使教学达到最大限度的优化效果。由于受到传统教育模式、教育思想的影响和对计算机辅助教学的认识不够，使两 者不能很好地结合使用。如在多媒体方面，不论是硬件还是软件都受到极大的限制， 再加上使用者对多

12、媒体的使用没有正确的认识， 有时盲目使用，不但起不到辅助教学 的作用，反而影响了实际的教学效果。同样，在演示实验方面也受到实验硬件限制和 软件的制约（如教师不善于将课本的验证实验变换为探究性实验、教师的操作技能不 够科学等）。针对这些实际问题，本人有以下几个方面的想法与同行朋友共同分享， 力求更有效的教学手段，使我们的教学尽可能达到最优化的效果。1、增加硬件设备的投资，完善计算机辅助教学的硬件设备，改进实验环境、实验器 材。经过调研发现，不论是多媒体设备还是基本的实验室、实验器材都急待完善与改 进。在多媒体设施方面，目前只有极少的示范性高中在教室里配有一些多媒体硬件， 而县份以下的学校几乎都没

13、有。虽然多媒体模拟实验不能替代演示实验，更不能替代 学生分组实验，但它具有自身不可替代的作用。要使教学达到最优化，在教室里起码 要配有电脑、话筒、幻灯机、大屏银幕、投影仪等基本的设施。在实验环境方面，目 前每所学校基本设有一两间物理实验室， 但按标准的人均面积来算还远远不够。 在实 验器材方面，普遍存在器材陈旧、紧缺的问题，尤其是县份以下的学校，课本所要求 的演示实验很多都没有实验器材可做。因此，完善计算机辅助教学的硬件设备和改进 实验环境、实验器材是素质教育刻不容缓的一项任务。2、 加强教师利用计算机辅助教学的技能，制作高质量的教学辅助软件。由于用计算机制作教学辅助软件技术性相对比较强，所以

14、很多非计算机专业的教师很难自制适合 自己教学的课件，而是直接从网上下载使用，而网上的那些资源大多是一些计算机专 业人士或某些图利人士制作的，虽然看起来图音并茂，动画颇多，但不一定适合各学 科的教学，甚至有些课件还犯有严重的科学错误。例如在网上下载下来的许多模拟单 摆摆动的演示课件，单摆在摆动过程中都是速度大小不变， 而实际上是动能和势能不 断发生相互转化。还有，有些课件不注重教学的实际效果，把课件做得非常“花俏”， 不但达不到辅助教学的效果，还分散了学生对模拟实验的观察力和注意力。 如果教师 盲目使用这样的课件岂不是适得其反？教师只有根据自己的教学和学生的实际情况 自制的课件才是最适合的，这就

15、要求教师队伍业余还得加强学习计算机应用技能，学校更应该给教师安排这方面的培训，力求每个教师都能自制高质量的教学辅助软件。3、正确认识计算机辅助教学的地位作用， 避免舍本逐末的现象发生。在我们教学中， 为什么出现以模拟实验替代演示实验的现象，原因之一就是没有正确认识计算机辅助教学的地位作用。“辅助”二字意味着计算机模拟实验不能替代演示实验，它只是一种辅助手段，只有与演示实验相辅相成，才能发挥它的最大作用，否则盲目使用就 会喧宾夺主，舍本逐末。4、教师要正确认识演示实验在物理教学中的地位和作用，以培养学生的创新精神和实践能力为重点。江泽民总书记在中国科学院第十次院士大会中国工程院第五次院士 大会的

16、讲话中也指出：有没有创新能力，能不能进行创新，是当今世界范围内经济和 科技竞争的决定性因素，创新教育已成为实施素质教育的核心内容，学校教育教学， 努力提高人才培养质量是目的，促进学生德智体美全面发展是根本， 培养创新精神和 实践能力是重点，开展实验教学及各种教学活动是手段。 而物理是一门以实验为基础 的学科，在物理课堂教学中，演示实验是学生对概念和规律加深理解的重要一环，是学生认识物理规律的感性基础，是物理教学中将理论与实际相结合的重要方法， 是提 高学生学习兴趣、是培养学生创新精神和实践能力的重要教学手段，是认识事物规律的起点，也是物理实验教学中的一个重要组成部分。由于传统应试教育的影响，不

17、少的教师都让学生背实验，尤其在高三年级的实验复习中，以模拟实验完全替代了演示 实验和学生分组实验。但是这样的教学方式能培养学生的创新精神和实践能力吗？为 什么中国的学生考试都很厉害，但在解决实际问题上又相对落后？不论在发明创造或 小制作上，中国学生为什么不如美日等国的学生做得好？若你看过 中外物理教学比 较一书就会明白，书中详细列举了中外物理教学的差异，尤其在实验这一模块，美 日等国在物理教学中实验课所占的比重远远大于中国的，而且他们的实验课不像我们都用专门的实验仪器和专门的实验室，而且他们以探究性实验为主。学生通过实验， 懂得了如何研究问题的方法，增强了学生的动手能力和解决实际问题的能力，

18、所以实 验是物理教学中最活跃、最能挖掘学生创造力的教学手段，而演示实验是实验中的重 中之重，应当把它作为教学的重要部分来抓，绝不能以模拟实验来替代就了事。5、教师应该大胆改进课本的一些演示实验，以培养学生的创新思维为主要目的。演示实验在物理教学中主要是起到创设物理情景， 建立物理模型，帮助学生建立物理概 念和对定理、定律、公式的加深理解，有助于学生理论联系实际，开拓学生的创新思 维和发展学生的想象力。由于实验条件和环境的不同，教材上的部分演示实验有的很 难成功，有的现象不太明显，有的甚至是不太科学的，所以都比较难以实现实验的真 正作用意义。因此，教师应该经常对课本中介绍的演示实验进行分析研究，不断改进实验设计及实验装置，力争每一个演示实验都能达到预期的效果。 尽可能将课本上的 验证实验设计为探究性实验，引导学生积极参与。比如在实验教学中，任何一个实验 都有一定的实验目的，教师要引导学生分析要达到这个实验目的， 我们可以运用所学 的哪些知识，分析需要测定哪里物理量，我们应该采取什么样的实验方案测定， 应该 选用什么样的器材比较合理，应该采用什么样的实验步骤，实验中应该注意些什么， 实验误差