多媒體教學(xué)在理科實驗教學(xué)中的應(yīng)用

馬一鳴

【摘 要】實驗教學(xué)中的一些實驗很難通過實際儀器完成，利用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)可以虛擬這些實驗，從而保證教學(xué)能夠順利完成，使學(xué)生得到理性的理解，提高教學(xué)質(zhì)量，保證教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】多媒體教學(xué)；實驗教學(xué)；虛擬

在現(xiàn)在教學(xué)特別是理科教學(xué)中，實驗教學(xué)是一個無可缺失替代的環(huán)節(jié)。而這些傳統(tǒng)的實驗教學(xué)都是要依靠實驗儀器來完成。由于學(xué)校中實驗儀器大多都是專用的，所以，每個學(xué)校能開多少分組實驗或者演示實驗，基本上取決于儀器的種類和數(shù)量。而實驗成功能不能成功，得出正確結(jié)論就取決于儀器的性能質(zhì)量、實驗的難度以及實驗的環(huán)境等。傳統(tǒng)的實驗方式如果進行，從空間上來說，學(xué)生必須到實驗室操作；從時間上來說，學(xué)生必須在實驗時間才能做。

以信息技術(shù)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)的迅猛發(fā)展，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法和模式。虛擬實驗就是現(xiàn)代化教學(xué)的一個典型運用，對改革理科實驗教學(xué)起到了積極的推動作用。第一，虛擬實驗教學(xué)改革和創(chuàng)新了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)實驗環(huán)境與實驗時間的限制，使實驗教學(xué)從空間上和時間上得到了延伸。第二，有助于使學(xué)生深化理解物理和化學(xué)現(xiàn)象、概念、規(guī)律，尤其是一些肉眼無法看到的物理化學(xué)現(xiàn)象和抽象的知識，如原子結(jié)構(gòu)、粒子散射實驗、電場、磁場等，以及一些實驗中難以顯現(xiàn)和控制的過程。

比如，高中物理斜拋運動這一實驗，傳統(tǒng)方法是使用斜拋運動演示器。其核心裝置是一個方向可調(diào)的彈簧槍，分別使彈丸以不同仰角發(fā)射，可看到產(chǎn)生不同的彈道軌跡，并達到不同的射程。此外，該演示實驗還有閃光照相法和噴水法。閃光照相法太復(fù)雜，不能立即出結(jié)果；噴水法誤差較大。改用虛擬實驗，用計算機模擬炮彈飛行曲線實驗，使用FLASH軟件制作炮彈從發(fā)射到落地的運動軌跡的動畫，虛擬炮彈發(fā)射實驗的全過程，在計算機中播放。比照傳統(tǒng)和虛擬這兩種實驗方法，多數(shù)學(xué)生都感受到用計算機演示有以下效果：①能在短時間內(nèi)多次重復(fù)；②能隨意控制播放速度；③能觀察任意時刻圖像；④能將空氣阻力設(shè)定為不同值進行比較。這些優(yōu)點是傳統(tǒng)實驗所不具備的。

目前，在實驗教學(xué)中虛擬實驗的應(yīng)用主要有以下幾方面：

（1）突破實驗教學(xué)中的重點和難點。反應(yīng)速度過快的實驗，如鉀、鈉與水的反應(yīng)；有的實驗現(xiàn)象模糊不易觀察，如膠體的電泳現(xiàn)象；有的實驗因條件限制不能完成。這些實驗可以先讓學(xué)生通過真實的實驗過程有了感性認識，再通過虛擬實驗與現(xiàn)實實驗有效整合，通過媒體重顯和控制顯現(xiàn)整個實驗過程，引導(dǎo)學(xué)生從多角度進行觀察，揭示出實驗反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律。

（2）虛擬實驗可以模擬放大微觀和縮小宏觀過程，促進對基本概念和原理的理解。如物理實驗中原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察，天體的運行規(guī)律等，這些實驗基本無法通過正常渠道在課堂予以演示，通過虛擬實驗用圖像化的形式來模擬顯示微觀和宏觀運動的動態(tài)過程為學(xué)生提供形象直觀的感性材料，為學(xué)生真正認識實驗現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律起到了很好的輔助作用。

（3）用虛擬實驗來促進學(xué)生加深對誤操作的認識，提高實驗素養(yǎng)。如對具有危險性的實驗，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，規(guī)范自己的實驗操作。如在稀釋濃硫酸的操作中，必須將濃硫酸沿燒杯壁緩緩地倒入水中，而不能將水倒入濃硫酸中。如果實驗演示錯誤操作，其后果具有一定的危險性。那么使用虛擬實驗，用動畫的方式模擬出水倒入濃硫酸時沸騰和四濺現(xiàn)象并提示出錯誤和危險，會加深學(xué)生對這一操作的認識，對學(xué)生的實驗操作起了良好的指導(dǎo)作用，學(xué)生實際動手操作時將有顯性認識，不致操作失誤。

但是，計算機屏上顯示的實驗，都屬再現(xiàn)型實驗，而創(chuàng)新型實驗，還必須用實驗儀器真正動手做，才能得出創(chuàng)造性的結(jié)果。在素質(zhì)教育中，要求學(xué)生在實驗中調(diào)動一切感知手段去觀察、去思考、去實踐，而這一切都必須在實際的實驗中實現(xiàn)。同時同一個實驗因?qū)嶒炚叩牟煌蜅l件的差異，其過程及現(xiàn)象也不盡相同，甚至實驗會失敗。但這對實驗者也是一種經(jīng)驗的積累，是提高動手能力的過程。

現(xiàn)代化教學(xué)手段的軟件技術(shù)水平直接制約現(xiàn)代化教學(xué)手段的使用。一方面，教學(xué)媒體軟件的制作技術(shù)尚不全面成熟；另一方面教學(xué)軟件的制作確有相當?shù)募夹g(shù)難度，因為它涉及到多門學(xué)科的理論與技術(shù)，而同時精通多方面學(xué)科、熟悉制作全過程技術(shù)的老師比較少。所以，教學(xué)軟件制作和使用依然是困擾教育界的問題。

虛擬實驗不能完全代替實驗教學(xué)，它僅僅是實驗教學(xué)的補充，起著重要的輔助作用。所以，不能用計算機完全取代實驗儀器。在制作虛擬實驗中，一定要科學(xué)、準確、無誤地表現(xiàn)科學(xué)實驗的本來面貌，虛擬出來的場景和現(xiàn)象要真實地符合科學(xué)規(guī)律，防止憑空想象，誤導(dǎo)學(xué)生。我們要正確把握虛擬實驗在實驗教學(xué)中的輔助作用。只要認清這些道理就能夠正確理解現(xiàn)代化教學(xué)在實際教學(xué)中起到的具體作用，而不至于主次不分，顧此失彼?，F(xiàn)代化教學(xué)才能夠長足發(fā)展。