湯躍明　職衛(wèi)星　張錦華

實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)比較抽象的科學(xué)知識(shí)，鍛煉他們的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。但由于經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、安全等原因，有些實(shí)驗(yàn)很難讓學(xué)生操作。Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件的出現(xiàn)突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究學(xué)習(xí)。

一、簡(jiǎn)而論之述Edison

Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件是專(zhuān)用于電子線路仿真的“虛擬電子工作平臺(tái)”軟件工具，該軟件擁有仿真度很高的常用電工電子元器件模型庫(kù)，能對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行有效的模擬仿真分析。Edison將原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個(gè)電路窗口中。測(cè)試儀表和某些仿真元件的外形與實(shí)物非常接近，且儀器的操作開(kāi)關(guān)、按鍵與實(shí)際儀器儀表極為相似。因此通過(guò)電路的仿真設(shè)計(jì)，既可以熟悉電路，又熟悉了儀器儀表的使用方法，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)操作也不脫節(jié)。Edison的另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是該軟件提供了中文版本，全中文模擬操作環(huán)境能使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率大大提高，有利于該軟件在電路課程教學(xué)中的使用和推廣。在網(wǎng)絡(luò)中，我們可以很容易地獲得Edison的試用版。試用版雖然沒(méi)有保存和打印功能，并且只能適用于小規(guī)模電路，但對(duì)中學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)已經(jīng)是綽綽有余了。

二、止于至善用Edison

1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

歐姆定律是人教版物理義務(wù)教育八年級(jí)下冊(cè)第六章《歐姆定律》的第四節(jié)內(nèi)容。歐姆定律是電學(xué)中的基本定律,是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)和分析電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的掌握既是重點(diǎn)也是難點(diǎn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)難度比較大,主要在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的記錄以及數(shù)據(jù)的分析方面。由于實(shí)驗(yàn)的難度比較大，學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性也比較大,所以第一次實(shí)驗(yàn)課在多媒體教室上，學(xué)生利用Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件可以反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不用擔(dān)心儀器缺少和損壞的問(wèn)題。

我們選取河南焦作實(shí)驗(yàn)中學(xué)八年級(jí)的40名同學(xué)參與實(shí)驗(yàn)。通過(guò)前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，他們普遍喜歡電路實(shí)驗(yàn)，枯燥的講解難以激發(fā)他們的興趣。實(shí)驗(yàn)室由于器材和場(chǎng)地的限制，只能讓學(xué)生進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)，這樣就很難保證每個(gè)學(xué)生都有實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)。而在裝有Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件的多媒體教室，每個(gè)學(xué)生都可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自主的實(shí)驗(yàn)探究，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。課前調(diào)查表明，學(xué)生們從小學(xué)四年級(jí)就開(kāi)始上信息技術(shù)課，并且大多數(shù)學(xué)生家里都有電腦。通過(guò)課前的計(jì)算機(jī)能力測(cè)試確保參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生都熟悉計(jì)算機(jī)的基本操作，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象分析，確定以下教學(xué)目標(biāo)：

(1)知識(shí)與技能目標(biāo)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究電流、電壓、電阻的關(guān)系,理解歐姆定律的物理意義；學(xué)會(huì)使用電壓表和電流表測(cè)量導(dǎo)體兩端的電壓和其中的電流,并通過(guò)數(shù)據(jù)分析歸納其中的物理規(guī)律。

(2)過(guò)程與方法目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生有依據(jù)地進(jìn)行合理的猜想,學(xué)習(xí)用不同的方法研究物理問(wèn)題。

(3)情感態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生大膽猜想,小心求證的科學(xué)精神。

通過(guò)Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件預(yù)備課，一方面讓學(xué)生們熟悉Edison的基本操作，另一方面確保多媒體教室所有安裝Edison的計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常。

2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)連接電路

首先，從左邊窗口元器件庫(kù)中拖動(dòng)一個(gè)穩(wěn)壓直流電源放在工作臺(tái)適當(dāng)位置，再依次拖入開(kāi)關(guān)、電流表和定值電阻并合理擺放。接下來(lái)的連線也非常容易，只要將鼠標(biāo)指針移到接線柱上單擊左鍵再移動(dòng)到另一接線柱單擊即可。在元器件拖入工作臺(tái)后，我們可以看到右窗口會(huì)同時(shí)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的電路圖符號(hào)。

(2)電阻不變時(shí)，測(cè)電流與電壓的關(guān)系

雙擊電阻圖形，在參數(shù)項(xiàng)目中將其阻值修改為10歐（10.0hm）。調(diào)節(jié)電源旋鈕使電阻兩端電壓分別為U=2V、4V、6V、8V時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流表立即顯示數(shù)值，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)完畢，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保留電路。分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在電阻一定的條件下，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比。

(3)電壓不變時(shí)，測(cè)電流與電阻的關(guān)系

電源電壓保持不變（U=4V），雙擊電阻圖形，將其阻值分別改為5歐、10歐、20歐、40歐，記錄電流表對(duì)應(yīng)的數(shù)值。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在電壓不變的條件下，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。

3．教學(xué)效果的評(píng)估

我們從學(xué)業(yè)成績(jī)、學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)的趣味性、信息技術(shù)應(yīng)用能力四個(gè)方面設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，以評(píng)估教學(xué)的效果。

問(wèn)卷調(diào)查的實(shí)施時(shí)間為2008年9月20日。調(diào)查是以研究者直接到班級(jí)發(fā)放問(wèn)卷，當(dāng)場(chǎng)收集問(wèn)卷的方式進(jìn)行。問(wèn)卷調(diào)查共發(fā)放問(wèn)卷40份，收回問(wèn)卷40份，回收率為100%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：學(xué)生對(duì)基于Edison實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)反映普遍比較好，92.5%的學(xué)生認(rèn)為達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)；50%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)的效率得到提高。這主要因?yàn)橛捎谑軐?shí)驗(yàn)室條件限制，學(xué)生3人～4人組成的實(shí)驗(yàn)小組是分工合作，而基于Edison實(shí)驗(yàn)每個(gè)人需要做所有的工作。90%的學(xué)生認(rèn)為基于Edison實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)趣味性強(qiáng)，在完成教學(xué)任務(wù)后會(huì)發(fā)揮想象力設(shè)計(jì)一些電路，而不用擔(dān)心器材限制；65%的學(xué)生認(rèn)為自己的信息技術(shù)應(yīng)用能力得到提高。通過(guò)座談也發(fā)現(xiàn)，被學(xué)生們譽(yù)為“計(jì)算機(jī)高手”的認(rèn)為“操作Edison對(duì)他們沒(méi)有多大的挑戰(zhàn)性，比玩游戲簡(jiǎn)單多了”。

三、獨(dú)具慧眼評(píng)Edison

從上面的實(shí)例我們可以看出Edison電子仿真實(shí)驗(yàn)軟件使用十分方便，又很有趣味性，教學(xué)效果明顯，為教師提供了一條實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方便之路，為學(xué)生提供了一個(gè)廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主學(xué)習(xí)和探究。但在使用過(guò)程中還是存在一些問(wèn)題：

1.仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，接線等操作技能學(xué)生只有通過(guò)真實(shí)的操作訓(xùn)練才能真正掌握。一味追求仿真，只能是走向一個(gè)新的誤區(qū)。

2.不是所有實(shí)驗(yàn)都能使用Edison，如電流表、電壓表等儀表的使用實(shí)驗(yàn)。原因是Edison中的儀表都是數(shù)字式的，能直接顯示讀數(shù)，而目前教材中所使用的儀表需要通過(guò)刻度來(lái)讀數(shù)。

3.Edison中的元器件即使損壞了可以用“修復(fù)”命令立即修復(fù)，這一優(yōu)點(diǎn)在某種程度上也是一種缺點(diǎn)。很多學(xué)生因此在仿真實(shí)驗(yàn)中忘記了實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)范，并把這種壞習(xí)慣帶到實(shí)物實(shí)驗(yàn)中，不利于學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?。故而不論是在仿真?shí)驗(yàn)還是在實(shí)物實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師都應(yīng)時(shí)刻強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性。

隨著Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件和類(lèi)似軟件的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)字化、虛擬化的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。如果運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，以微機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)建集成化測(cè)試平臺(tái)，不但可以滿足中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，大大提高設(shè)備利用率，而且可以降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本。

參考文獻(xiàn)

[1]丁美榮,柴少明.基于虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2007,(7).

[2]劉立新,胡剛.Edison仿真分析在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備,2004,(5).

[3]王惟信,莫志衡.Edison立體聲光實(shí)驗(yàn)室[M].北京:人民郵電出版社,2002.

（作者單位：河南師范大學(xué)物理學(xué)院教育技術(shù)系 河南焦作實(shí)驗(yàn)中學(xué) 河南師范大學(xué)物理學(xué)院教育技術(shù)系）