湯躍明　職衛(wèi)星　張錦華

摘 要：Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件以其優(yōu)越性在中學(xué)電路課程的教學(xué)中有廣闊的前景，但許多一線教師對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果持懷疑的態(tài)度。針對(duì)此問(wèn)題， 筆者分析了Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件在中學(xué)電路課程中運(yùn)用的可行性，并結(jié)合案例探究Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件在教學(xué)中實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，提出在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：Edison仿真軟件；電路課程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-8454（2009）02-0036-03

一、引言

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、安全等原因的限制，真實(shí)實(shí)驗(yàn)很難完全開(kāi)放，學(xué)生沒(méi)有更多機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)。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，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器少及儀器、元器件損壞的不足，凸顯實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

有不少教師擔(dān)心，仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)物的虛擬化提供的虛擬化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境會(huì)影響教學(xué)效果。但從目前的研究結(jié)果來(lái)看，對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的研究大多局限在仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)上，對(duì)類似Edison的仿真軟件在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。中學(xué)教師沒(méi)有必要也沒(méi)有精力設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)這些軟件，成熟的商業(yè)仿真軟件功能強(qiáng)大，根據(jù)教學(xué)需要選擇適合的軟件進(jìn)行應(yīng)用研究顯然更加有效和切合實(shí)際。

二、可行性分析

1.Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件的優(yōu)越性

Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件是專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仿真軟件將原理圖的創(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非常接近，且仿真元件的操作開(kāi)關(guān)、按鍵與實(shí)際儀表也極為相似，因此通過(guò)電路的仿真設(shè)計(jì)，既能熟悉電路，又能熟悉儀器儀表的使用方法，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)操作不脫節(jié)。

Edison仿真軟件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)有趣的聲光效果，如在電路中有發(fā)光的燈泡，可以看到燈泡光線強(qiáng)弱的變化。又如電動(dòng)機(jī)，可以看到其轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢及方向，并可聽(tīng)到電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音，使操作者有進(jìn)行游戲的感覺(jué)，從而在不知不覺(jué)中掌握電學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電學(xué)的積極性。

Edison仿真軟件的另一個(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。

2.信息化教育在中學(xué)的推廣和應(yīng)用

近年來(lái)，隨著信息化教育在中學(xué)的推廣和應(yīng)用，政府對(duì)中小學(xué)信息化建設(shè)的支持也不斷加大，中小學(xué)的教育技術(shù)裝備在不斷地更新，新的教育教學(xué)手段層出不窮。電子化的教育媒體使教學(xué)過(guò)程更加靈活，各種信息通過(guò)文本、聲音、圖像等直觀形式傳遞給學(xué)生，具有豐富的手法和巨大的表現(xiàn)力，能夠更好地吸引學(xué)生的注意力，加深他們的理解和記憶。

從硬件上來(lái)看，新鄉(xiāng)市中學(xué)大都配備了一定數(shù)量的多媒體教室和學(xué)生機(jī)房，給教師的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。從軟件上來(lái)看，教師通過(guò)培訓(xùn)和實(shí)踐應(yīng)用，掌握了計(jì)算機(jī)的基本操作技能和技巧；市級(jí)中學(xué)都開(kāi)設(shè)了《信息技術(shù)》必修課程，學(xué)生的計(jì)算機(jī)基本操作也能夠過(guò)關(guān)。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，我們可以很容易地獲得Edison仿真軟件的試用版。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。

三、案例探究——Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件在《歐姆定律》一課中的應(yīng)用

1.教學(xué)內(nèi)容分析

《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)和分析電路的基礎(chǔ)。本次課的邏輯性、理論性很強(qiáng),重點(diǎn)是學(xué)生要通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)得出歐姆定律,最關(guān)鍵的是兩個(gè)方面:一個(gè)是實(shí)驗(yàn)方法,另一個(gè)就是歐姆定律。

歐姆定律的含義主要是靠學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中逐漸理解,而定律的形式也很簡(jiǎn)單,所以是重點(diǎn)而不是難點(diǎn)。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。

2.教學(xué)對(duì)象分析

選取河南師范大學(xué)附屬中學(xué)八年級(jí)的40名同學(xué)參加了教學(xué)研究。通過(guò)前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們普遍喜歡電路實(shí)驗(yàn)，枯燥的講解難以激發(fā)學(xué)生們的興趣。實(shí)驗(yàn)室由于器材和場(chǎng)地的限制，只有把學(xué)生分成小組，而這樣就很難保證每個(gè)學(xué)生都有操作的機(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)生都可以用自己的計(jì)算機(jī)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)生們自小學(xué)四年級(jí)就開(kāi)始上信息技術(shù)課，并且大多數(shù)家里都有電腦。通過(guò)計(jì)算機(jī)能力測(cè)試確保參加教學(xué)研究的學(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)。

3.教學(xué)目標(biāo)

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)同時(shí)使用電流電壓表測(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,形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

4.教學(xué)資源和教學(xué)準(zhǔn)備工作

計(jì)算機(jī)能力測(cè)試：采取“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”（在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，要求學(xué)生錄入、編輯同一文檔，最后存放在指定位置），以確定學(xué)生計(jì)算機(jī)實(shí)際操作能力不影響使用Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件。

Edison仿真實(shí)驗(yàn)軟件預(yù)備課：通過(guò)上預(yù)備課，一方面讓同學(xué)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。

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。

5.學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（1） 連接電路：首先，從左窗口元器件庫(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，然后依次拖入開(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，連接好的電路如圖1。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)，連線結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的電路圖如圖 2。

（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。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。

6.教學(xué)效果的評(píng)估

問(wèn)卷調(diào)查的實(shí)施時(shí)間為2008年9月20日。由研究者直接到班級(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)果如表1所示。

根據(jù)表1，學(xué)生對(duì)基于Edison實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)普遍反映比較好，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)樵趯?shí)驗(yàn)室的條件限制，學(xué)生3-4人組成的實(shí)驗(yàn)小組可以分工合作，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)，學(xué)生們?cè)谕瓿山虒W(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)，被同學(xué)們譽(yù)為“計(jì)算機(jī)高手”的學(xué)生認(rèn)為，操作Edison對(duì)他們來(lái)說(shuō)沒(méi)有多大的挑戰(zhàn)性，比玩游戲簡(jiǎn)單多了。

四、存在的問(wèn)題和展望

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)的便捷之路，為學(xué)生提供了一個(gè)廣闊的學(xué)習(xí)空間，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。

第一，仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，接線等技能只有通過(guò)真實(shí)的操作訓(xùn)練學(xué)生才能真正掌握。一味追求仿真，那只能是走向一個(gè)新的誤區(qū)。

第二，不是所有實(shí)驗(yàn)都能使用Edison仿真軟件，如電流表、電壓表等。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還是傳統(tǒng)的，需要通過(guò)刻度來(lái)讀數(shù)。

第三，Edison仿真軟件中的元器件即使損壞了也可以用“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，不利于培養(yǎng)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。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，以計(jì)算機(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，而且降低了實(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):100.

[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):9.

[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，2002，12.

(編輯：隗爽）