■陳應(yīng)清

正確理解傳統(tǒng)實驗室、探究性實驗室、仿真實驗室在中學(xué)實驗教學(xué)中的地位和作用，在課程改革中有效整合各種實驗?zāi)Ｊ?，讓信息技術(shù)在中學(xué)實驗教學(xué)中發(fā)揮就應(yīng)有的作用，促進中學(xué)實驗教學(xué)。

隨著信息技術(shù)加速應(yīng)用于教育技術(shù)裝備和實驗室建設(shè)，重慶市中學(xué)已建成相當(dāng)數(shù)量的探究性實驗室、仿真實驗室，有效地促進了本市中學(xué)實驗教學(xué)方式和手段的信息化，豐富了實驗教學(xué)。這里就傳統(tǒng)實驗室、探究性實驗室、仿真實驗室結(jié)構(gòu)、特點進行分析，探討中學(xué)實驗教學(xué)模式的整合。

1 三種實驗平臺比較

1.1 傳統(tǒng)實驗室

1）傳統(tǒng)實驗室構(gòu)成。實物教學(xué)儀器+基礎(chǔ)設(shè)施（如水、電、氣相關(guān)設(shè)施、實驗桌凳），是實驗室最基本構(gòu)成模式。

2）傳統(tǒng)實驗室功能。傳統(tǒng)實驗室是目前中學(xué)實驗教學(xué)的主要場所，是中學(xué)最成熟、使用率最高的主體實驗場地，承擔(dān)著中學(xué)理科常規(guī)實驗教學(xué)和拓展實驗任務(wù)。

3）傳統(tǒng)實驗室特點：實驗方法比較單一，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法多表現(xiàn)為灌輸式，偏重于所學(xué)知識的驗證，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，根據(jù)教材規(guī)定的實驗項目、步驟和方法，對理論教學(xué)知識進行驗證；實驗內(nèi)容相對機械，實驗內(nèi)容多為教師或教材設(shè)計好的，并有詳細的指導(dǎo)書，學(xué)生只能在教師規(guī)定的框架里進行實驗，處在被動的地位，難以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維和學(xué)習(xí)興趣；實驗類型固定，只有教師演示和學(xué)生分組實驗兩種類型。

1.2 仿真實驗室

1）仿真實驗室構(gòu)成。基礎(chǔ)設(shè)施+計算機+虛擬實驗軟件，是一種無實物儀器的虛擬實驗計算機系統(tǒng)。以仿真的方式為實驗教學(xué)創(chuàng)造一個實時反映實驗對象變化與相互作用的三維虛擬世界，師生通過計算機顯示觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使師生可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。

2）仿真實驗室功能。能虛擬完成傳統(tǒng)實驗內(nèi)完成的所有實驗，在短時間內(nèi)實現(xiàn)實驗過程重現(xiàn)，并能完成更多的拓展實驗，體現(xiàn)了以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力為主的思想，對輔助實驗教學(xué)有積極作用。

3）仿真實驗室特點。仿真實驗室是新型實驗教學(xué)模式，一種與傳統(tǒng)實驗有質(zhì)的區(qū)別的實驗架構(gòu)。仿真實驗室是利用軟件，提供了一個實驗器具完備的綜合性實驗室，師生可以親自動手創(chuàng)建完成所能想象的所有實驗。它互動性強，仿真實驗室讓師生仿佛置身于真正的實驗室中，共同設(shè)計實驗、開展探索和分析、完成實驗、總結(jié)規(guī)律，為師生提供互動參與環(huán)境。仿真實驗室覆蓋面廣、成本低、安全性高、實驗時間短、高重復(fù)性?？杀憬莸刂谱髡n件、模擬物理、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科實驗,實現(xiàn)了實踐學(xué)習(xí)與使用計算機的統(tǒng)一，動手與動腦的統(tǒng)一。

1.3 探究性實驗室

1）探究實驗室的構(gòu)成。基礎(chǔ)設(shè)施+傳統(tǒng)實驗儀器+數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)化計算機+大屏幕多媒體投影系統(tǒng)。探究實驗室是在新課程標準的指導(dǎo)下，對中學(xué)理科實驗教學(xué)數(shù)字化而產(chǎn)生的實驗室，又名“數(shù)字化實驗室”。探究實驗室能為學(xué)生提供必要的探究工具，是課程改革非常重要的組成部分，也是進一步深化教學(xué)改革，切實提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。有“軟件”指引，“硬件”支持，從而保證了中學(xué)實驗教學(xué)從傳統(tǒng)模式邁入數(shù)字化、信息技術(shù)化模式。

2）探究實驗室的功能。探究實驗室是引入信息化手段的傳統(tǒng)實驗室。探究實驗室能完成傳統(tǒng)實驗室所完成的全部實驗，并改進、拓展原有實驗儀器功能，實現(xiàn)由學(xué)生自己設(shè)計實驗步驟，通過實驗得出結(jié)論，充分支持新課改下學(xué)生進行多方面探究學(xué)習(xí)的環(huán)境，創(chuàng)設(shè)一個面對真實事物進行探究的環(huán)境。

3）探究實驗室特點。

①符合中學(xué)理科新教材，是新教材配套實驗室。這種實驗方式能大量采集處理實驗數(shù)據(jù)、真實還原信號發(fā)生的過程，使實驗結(jié)果更真實；能夠捕捉被測量的微小變化和瞬間變化，擴大實驗可研究范圍的深度以及廣度；能利用錄像技術(shù)逐步分析實驗過程。

②實現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。在傳統(tǒng)實驗室中引入傳感器為主的數(shù)字化實驗系統(tǒng)，基于計算機平臺實現(xiàn)中學(xué)理科實驗數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和自動化、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析的智能化，大大提高學(xué)生綜合信息處理的能力，有效地實現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。

③拓寬實驗范圍，實現(xiàn)學(xué)科實驗整合。能整合理科實驗，使得實驗的內(nèi)容突破學(xué)科的限制，為探究實驗室的學(xué)生自主探究提供平臺，有利于探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 明確三種實驗平臺關(guān)系

傳統(tǒng)實驗平臺是實驗教學(xué)的主體。在目前中學(xué)實驗教學(xué)中，實驗設(shè)備以傳統(tǒng)實物器材為主，傳統(tǒng)實驗方式是實驗教學(xué)的主體，這種實驗方式直觀真實，對培訓(xùn)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和動手能力是任何其他實驗教學(xué)方式不能取代的。

探究實驗室是傳統(tǒng)實驗室的創(chuàng)新。這種實驗方式是在傳統(tǒng)實驗方式的基礎(chǔ)上使用了信息處理手段，可更加精密地顯示各實驗變量的關(guān)系，拓展了實驗范圍，提高了實驗數(shù)據(jù)處理能力。讓師生能自主設(shè)計更多教材以外的實驗，有效探索實驗過程和實驗結(jié)果的關(guān)系，探究實驗規(guī)律，對豐富實驗數(shù)據(jù)的處理方式、提高數(shù)據(jù)處理能力和速度、對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)效果顯著。

仿真實驗室是中學(xué)實驗的新類型，是對中學(xué)實驗教學(xué)方式的補充和完善。這種虛擬實驗方式是教育信息化中的新實驗方式，與傳統(tǒng)實驗方式有本質(zhì)的區(qū)別，仿真實驗無實物器材，完成實驗的時間大幅縮短，實驗安全性好。這種實驗方式更多適用于輔助學(xué)生復(fù)習(xí)實驗、完成當(dāng)前所缺相應(yīng)實驗器材實驗、目前無法實現(xiàn)的條件的實驗、危險實驗、微觀實驗、宏觀實驗，是常規(guī)實驗教學(xué)的重要輔助手段，對緩解實驗裝備經(jīng)費緊張、滿足師生的創(chuàng)新需要、補充和完善實驗教學(xué)有重要作用，有利于實驗教學(xué)和設(shè)施利用。

3 整合實驗教學(xué)方式，有效開展實踐教學(xué)

當(dāng)前，傳統(tǒng)實驗、探究實驗、仿真實驗三種實驗方式在本市中學(xué)實驗教學(xué)中是并行的，全市中學(xué)實驗教學(xué)方式以傳統(tǒng)實驗方式為主，探究實驗、仿真實驗為輔。

3.1 開展實驗教學(xué)研究，探索實驗教學(xué)新方式

近年來，重慶市開展了多種形式信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)整合，取得了一些實效，如璧山中學(xué)《高中理化生實驗中學(xué)生探究能力的培養(yǎng)》（04-JY-06）、璧山縣來鳳中學(xué)《現(xiàn)代教育技術(shù)與初中物理實驗教學(xué)的整合》（04-JY-05）、黔江區(qū)民族小學(xué)《現(xiàn)代教育技術(shù)與小學(xué)實驗教學(xué)整合的研究》（04-JY-22）研究課題已結(jié)題，這都是從不同側(cè)面有效探討新實驗方式與傳統(tǒng)實驗方式整合的實例，對如何利用探究實驗室、仿真實驗室組織實驗教學(xué)及與傳統(tǒng)實驗方式整合起到引領(lǐng)和示范作用。

3.2 積極應(yīng)用新技術(shù)完善中學(xué)實驗方法

探究性實驗、仿真實驗都是在信息化條件下新的實驗方式。重慶市中小學(xué)正在大力推進教育信息化建設(shè)，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前中學(xué)已建設(shè)了300余間探究性實驗室和仿真實驗室，為理科老師開展探究性實驗、用仿真實驗的新技術(shù)去改進、去補充、去替代原有實驗方式，形成三種實驗方式整合，有效提高了實驗教學(xué)的效率，特別是為高中學(xué)生復(fù)習(xí)、輔助實驗教學(xué)提供了支撐。

在常規(guī)實驗教學(xué)中，教師們利用傳感技術(shù)、信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機結(jié)合，設(shè)計出家庭實驗探究活動和分組實驗探究活動，讓他們抱著懷疑日常經(jīng)驗的態(tài)度，在老師的指導(dǎo)下，通過相互協(xié)作，去發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗過程、分析實驗結(jié)果、得出科學(xué)結(jié)論。從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科學(xué)探究的方法。

現(xiàn)代信息技術(shù)能夠充分表現(xiàn)出物理現(xiàn)象中大與小、遠與近、動與靜、快與慢、整體與局部、內(nèi)部與外部等一系列復(fù)雜現(xiàn)象或過程，模擬各種線性、非線性電路，取得直接的仿真效果。中學(xué)實驗用傳統(tǒng)儀器難以完成的實驗或?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯的實驗，這些實驗又是教學(xué)必須的，仿真實驗的應(yīng)用就會取得意想不到的效果。例如：1）電路中短路現(xiàn)象、振蕩現(xiàn)象、粒子在磁場中的運動規(guī)律等用傳統(tǒng)實驗方式無法有效展現(xiàn)，但用仿真實驗技術(shù)來演示，可取得傳統(tǒng)實驗所無法達到的直觀效果；2）大爆炸現(xiàn)象傳統(tǒng)實驗不準做、不便做也不能做，但采用仿真技術(shù)來實現(xiàn)這一難題就迎刃而解了；3）動量守恒是基本的守恒定律，傳統(tǒng)實驗無法看到微觀世界的粒子與粒子相互碰撞的奇妙現(xiàn)象，而采用宏觀的仿真設(shè)備模擬微觀粒子相互碰撞，依據(jù)實驗原理擬定實驗方案，根據(jù)實驗方法準備好實驗器材，就可以簡單明了地解決這一問題。

3.3 堅持實驗教學(xué)以傳統(tǒng)實驗為主導(dǎo)，充分發(fā)揮不同實驗方法的優(yōu)勢

目前，重慶市中學(xué)共建成傳統(tǒng)實驗室1800余間，是實驗室的主體，也是本市中小學(xué)標準化建設(shè)的基本要求，傳統(tǒng)實驗室在中小學(xué)教學(xué)中是不可替代的。仿真技術(shù)能夠彌補和完善傳統(tǒng)功能組合技術(shù)實驗中不能達到或不能完全體現(xiàn)的部分，探究性實驗室、仿真實驗室在中學(xué)實驗教學(xué)中有效彌補了傳統(tǒng)實驗室的不足，促進了本市中學(xué)實驗教學(xué)方式多樣化。

傳統(tǒng)實驗和仿真實驗有機結(jié)合，是重慶市實驗教學(xué)改革的基本思路。仿真實驗軟件提供了充足的虛擬元器件資源，學(xué)生實驗時不會因接線出錯而造成短路事故，不會因誤操作而造成人員或儀器設(shè)備損傷，不會發(fā)生實驗室內(nèi)常見的故障：如示波器只有單個通道正常；信號發(fā)生器產(chǎn)生波形失真；萬用表電池不足；測電阻讀數(shù)不準等。傳統(tǒng)實驗給學(xué)生以直觀真實體驗，雖然有實驗過程中需要很多儀器設(shè)備、占用空間多、儀器使用前要調(diào)試、實驗時間長、誤差控制難度大、生成實驗報告麻煩等諸多不便，但這恰好是中學(xué)實驗教學(xué)讓學(xué)生獲取知識和動手能力不可替代的教學(xué)模式。

筆者認為，單純用仿真實驗方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗方式的作法不妥。傳統(tǒng)的組合儀器在實驗中能給學(xué)生以“真實感”，中學(xué)實驗的多數(shù)實驗結(jié)果也只有通過真實的傳統(tǒng)實驗才能得到，學(xué)生在仿真實驗中有“不踏實”感覺；仿真技術(shù)的局限性恰恰是傳統(tǒng)實驗的優(yōu)點，發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢，是創(chuàng)新中學(xué)實驗方式的著力點。因此，用新技術(shù)整合中學(xué)實驗教學(xué)方式仍要堅持以傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式為主，傳統(tǒng)的實驗方式記載著前人進行科學(xué)研究的思路，同時傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理工作對培養(yǎng)學(xué)生細心觀察、認真思考和科學(xué)分析能力都是十分重要的方式；探究實驗方式、仿真實驗方式是傳統(tǒng)實驗方式的豐富、補充和完善?！?/p>