初三物理组   张思语

一、虚拟仿真实验室的特点与优势——以NB初中物理实验为例

1.虚拟实验的定位

科学实验实质上就是从现象中找到本质的过程，也就是从自然现象出发总结、提炼建立概念，然后再找概念之间的关系。建概念找关系也就是科学，而实验是找证据的过程。进行了科学实验，就一定能够得到科学规律吗？这显然是不一定的，科学规律的得出需要技术的支持，技术就是辅助实验、配合教学的必要手段，这也就是虚拟实验的定位。虚拟实验可以支撑学生发现问题、构想解决方案、个性化学习、探究学习、合作学习，还可以支撑教师组织、引导、指导学生学习，是实现“以学生为主体，以教师为主导”这一教育理念的必要手段。

2.虚拟实验的特点

虚拟实验有直观化、集成化、模块化、简易化的特点。直观化是指它能够模拟真实的实验环境，对学生感官产生多维度的刺激，可以让学生建立一个基本的感性认识。集成化是指虚拟仿真实验软件集成化程度很高。以初中物理为例，它包括初中物理的声学、光学、热学、力学、电学、电磁学等内容。模块化是指实验仪器实现了模块化，学生可对提供的仪器进行选择和组合，用不同的方法完成同一实验目标。简易化是指它易操作且适用范围广，不同层次的学生都可以操作，对提高物理实验教学水平有较大的促进作用。

3.虚拟实验的优势

在实际教学中使用虚拟实验有很多优势，主要体现在以下方面：（1）将抽象的实验直观化。依托虚拟实验能够把学生不易接触的、抽象的事物直观、清晰地呈现在学生眼前。（2）利用虚拟实验破解安全困局。初中物理实验中部分实验具有一定的危险性，虚拟实验则不用担心安全问题，学生可放开手脚，大胆尝试。（3）利用虚拟实验可以弥补器材不足，可以保护实验器材。（4）借助虚拟物理实验练习实物电路连接技能。（5）利用虚拟实验提高探究效率。课前让学生利用虚拟实验在仿真环境下反复进行练习，能够极大地提高进入实验室后实验的效率。（6）利用虚拟物理实验演示探究基本规律。

二、教学案例——《家庭电路》

下面，我将以说课的方式呈现省一等奖虚拟实验教学优质课例《家庭电路》一课。教材分析、学情分析与教学目标我就不再展开说，主要来说一说教学重难点与突破策略以及教学过程。

本节课的教学重点：1.家庭电路的组成。通过虚拟实验中清晰的家庭电路帮助学生将抽象的概念形式化，促进学生关系性理解。2.掌握安全用电常识。在讲解试电笔、照明电路、三孔插座时逐步渗透，通过讨论几个家庭用电安全隐患的实例强调安全用电。教学难点：1.家庭照明电路的内部构造。通过虚拟实验演示，清晰认识内部构造，突破照明电路内部连接的难点。2.家庭电路各部分电路元件在电路中的作用。利用虚拟实验演示用电器短路，认识保险丝以及空气开关的作用。利用空调的正常工作了解三孔插座的作用。

教学过程包括以下五个环节。

环节一：创设情境，引入新课。

播放自制视频《放学回家后》，可以激发学生强烈的求知欲，巧妙引入家庭电路的学习。

环节二：虚拟实验，逐步突破。

从一个问题：“家庭电路的电从哪来？”引出进户线，引导学生认识火线与零线，再由两张图片提问：“如何辨别火线与零线？”引出试电笔，讲解工作原理后，再由一个问题：“人为什么不会触电？”强调高电阻，最后引导学生由错误握法归纳出试电笔的正确握法，并设置两道练习分散训练。在这里我一直采用提问的方式推进课堂，目的就是让学生去思考，有思考才能有收获。

认识电能表的位置后，通过虚拟实验演示认识闸刀开关所处的位置及其作用，接着探究支路开关的位置与灯座内部的绕线，讨论错误连接存在的安全隐患，并利用试电笔检验说明。随后又利用虚拟实验模拟了灯泡短路引出了保险丝的作用、安装位置及材料，并和同学们一起维修了电路。用贴近学生生活的小事引出空气开关后再次演示灯泡短路，认识空气开关的作用，随后四道练习分散训练。这一部分的内容学生理解起来较困难，但是利用虚拟实验就可以清晰地展示电路内部连接详情，还可以演示错误连接与故障电路，这都是普通实验做不到的，而虚拟实验成功帮助学生突破了这一难点。

通过虚拟实验认识两孔插座，再通过三脚插头认识三孔插座，由学生利用虚拟实验连接线路让空调正常工作，既应用了知识，又在动手中获得了成就感。再利用虚拟实验演示不连接地线空调依然能够工作，进而引出连接地线的作用，并认识漏电保护器，再引导学生对比分析空气开关与漏电保护器的作用。

环节三：对比分析，课堂小结。

由学生进行课堂小结，总结老式家庭电路的各组成部分的连接原理，再通过图片对比总结新型家庭电路的改进，贴近学生的生活。

环节四：应用知识，走进生活。

讨论三个家庭用电安全隐患问题：“手机插头在不用时怎么放置？用电器的三脚插头能否插在两脚插头的插排上？家里的配电箱上写着“每月按一次”，你按过吗？”通过这三个问题的讨论，将物理知识与日常生活紧密联系，学有所用，并且培养了学生安全用电的意识。

环节五：布置作业，巩固提升。

回家之后认真观察，利用今天所学知识看一看家里还有什么用电安全隐患。

课后反思：

1.下课后，看到很多学生特别激动地交流着回家之后要排除自己家里的用电安全隐患，我觉得这节课是成功的，达到了预期的教学目标。

2.虽然家庭用电贴近生活实际，但内部线路较为抽象，尤其是家庭照明电路的连接，学生理解起来较为困难。利用虚拟实验可以直观清晰地了解线路连接，这样就帮助学生顺利突破了这一重难点

3.利用虚拟实验演示灯泡短路时保险丝熔断或“跳闸”、维修电路的过程、三线插座的使用等环节，引导学生通过观察与思考自主发现家庭电路中各元件的作用，让知识理解得更深刻。

4.原本设计了利用虚拟实验将火线与地线连接演示电路漏电的环节， 但学生理解起来较困难，因此本节课只让学生对漏电有初步的认识，为第三节内容的进一步学习打下基础。

三、对虚拟实验辅助教学的思考

经过这一段时间对虚拟实验的学习与应用，我对虚拟实验辅助教学有了一点自己的思考。

1.虚拟实验与真实实验相辅相成。

虚拟实验和真实实验绝不是相互矛盾的，虚拟实验有许多优势，但它也只能作为一种辅助手段，一种能帮助学生更好地理解学习内容的方式，其价值在于它能帮助师生进行整体实验设计和优化，并不能完全替代真实实验。特别是在新授课阶段，直观真实的体验是很重要的，常态课的演示实验、分组实验，课后学生的自主小实验都是必不可少的。

2.适合使用虚拟实验的教学情境。

以课型分类，在习题课、复习课、网络授课中，使用虚拟实验就更加合适。在习题课中利用虚拟实验可以帮助学生解决具体问题；在章节复习课与初三复习课中利用虚拟实验可以快速再现实验过程，帮助学生回忆已学知识，实现高效复习；在网络课中利用虚拟实验可以实现更有效的线上教学。

具体到教学情境中，静态图片的展示可以利用虚拟实验转变为动态的视频、动画，口述的实验可以利用虚拟实验转变为动态操作，抽象的实验可以利用虚拟实验形象演示，不易观察的实验可以利用虚拟实验实现可视化，不易实现的实验可以利用虚拟实验实现成功演示。

3.关于使虚拟实验在教学中发挥更大价值的思考。

在适合的课型与教学情境中使用虚拟实验教学可以使其发挥更大的作用，若实现学生虚拟实验使用常态化，便可做到课前自主实验探究，课上分组虚拟实验，课后验证、改进实验加深理解应用，将更有利于学生对知识的理解和掌握。

在进行实验教学时，将现代化的教学手段与传统教学有机结合，交替使用，使虚拟实验与真实实验优势互补，将更加有利于课堂教学，提高教学质量，提升教学效果，真正意义上使虚拟实验成为教学最有力的推手！