■陳應(yīng)清

正確理解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、探究性實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的地位和作用，在課程改革中有效整合各種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，讓信息技術(shù)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮就應(yīng)有的作用，促進(jìn)中學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室建設(shè)，重慶市中學(xué)已建成相當(dāng)數(shù)量的探究性實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室，有效地促進(jìn)了本市中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和手段的信息化，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這里就傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、探究性實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行分析，探討中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的整合。

1 三種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)比較

1.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室

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

2）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室功能。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是目前中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要場(chǎng)所，是中學(xué)最成熟、使用率最高的主體實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，承擔(dān)著中學(xué)理科常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和拓展實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

3）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方法比較單一，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法多表現(xiàn)為灌輸式，偏重于所學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)教材規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、步驟和方法，對(duì)理論教學(xué)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)機(jī)械，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為教師或教材設(shè)計(jì)好的，并有詳細(xì)的指導(dǎo)書，學(xué)生只能在教師規(guī)定的框架里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，處在被動(dòng)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(shí)驗(yàn)類型固定，只有教師演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)兩種類型。

1.2 仿真實(shí)驗(yàn)室

1）仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成。基礎(chǔ)設(shè)施+計(jì)算機(jī)+虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，是一種無實(shí)物儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以仿真的方式為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)驗(yàn)對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界，師生通過計(jì)算機(jī)顯示觀測(cè)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(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。

2）仿真實(shí)驗(yàn)室功能。能虛擬完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)完成的所有實(shí)驗(yàn)，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程重現(xiàn)，并能完成更多的拓展實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為主的思想，對(duì)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)有積極作用。

3）仿真實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)室是新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，一種與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有質(zhì)的區(qū)別的實(shí)驗(yàn)架構(gòu)。仿真實(shí)驗(yàn)室是利用軟件，提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜合性實(shí)驗(yàn)室，師生可以親自動(dòng)手創(chuàng)建完成所能想象的所有實(shí)驗(yàn)。它互動(dòng)性強(qiáng)，仿真實(shí)驗(yàn)室讓師生仿佛置身于真正的實(shí)驗(yàn)室中，共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開展探索和分析、完成實(shí)驗(yàn)、總結(jié)規(guī)律，為師生提供互動(dòng)參與環(huán)境。仿真實(shí)驗(yàn)室覆蓋面廣、成本低、安全性高、實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐學(xué)習(xí)與使用計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一，動(dòng)手與動(dòng)腦的統(tǒng)一。

1.3 探究性實(shí)驗(yàn)室

1）探究實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成。基礎(chǔ)設(shè)施+傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器+數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)+大屏幕多媒體投影系統(tǒng)。探究實(shí)驗(yàn)室是在新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室，又名“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室”。探究實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步深化教學(xué)改革，切實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的功能。探究實(shí)驗(yàn)室是引入信息化手段的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。探究實(shí)驗(yàn)室能完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室所完成的全部實(shí)驗(yàn)，并改進(jìn)、拓展原有實(shí)驗(yàn)儀器功能，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，充分支持新課改下學(xué)生進(jìn)行多方面探究學(xué)習(xí)的環(huán)境，創(chuàng)設(shè)一個(gè)面對(duì)真實(shí)事物進(jìn)行探究的環(huán)境。

3）探究實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)。

①符合中學(xué)理科新教材，是新教材配套實(shí)驗(yàn)室。這種實(shí)驗(yàn)方式能大量采集處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、真實(shí)還原信號(hào)發(fā)生的過程，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)；能夠捕捉被測(cè)量的微小變化和瞬間變化，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程。

②實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中引入傳感器為主的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和自動(dòng)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(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。

③拓寬實(shí)驗(yàn)范圍，實(shí)現(xiàn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)整合。能整合理科實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容突破學(xué)科的限制，為探究實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生自主探究提供平臺(tái)，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(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)系

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體。在目前中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備以傳統(tǒng)實(shí)物器材為主，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，這種實(shí)驗(yàn)方式直觀真實(shí)，對(duì)培訓(xùn)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和動(dòng)手能力是任何其他實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式不能取代的。

探究實(shí)驗(yàn)室是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新。這種實(shí)驗(yàn)方式是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)變量的關(guān)系，拓展了實(shí)驗(yàn)范圍，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力。讓師生能自主設(shè)計(jì)更多教材以外的實(shí)驗(yàn)，有效探索實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系，探究實(shí)驗(yàn)規(guī)律，對(duì)豐富實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方式、提高數(shù)據(jù)處理能力和速度、對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)效果顯著。

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

3 整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，有效開展實(shí)踐教學(xué)

當(dāng)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)三種實(shí)驗(yàn)方式在本市中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是并行的，全市中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式為主，探究實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)為輔。

3.1 開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，探索實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)整合，取得了一些實(shí)效，如璧山中學(xué)《高中理化生實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方式與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式整合的實(shí)例，對(duì)如何利用探究實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)及與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法

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

在常規(guī)實(shí)驗(yàn)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(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)出家庭實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)和分組實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓他們抱著懷疑日常經(jīng)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)過程、分析實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)與近、動(dòng)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(shí)驗(yàn)用傳統(tǒng)儀器難以完成的實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)又是教學(xué)必須的，仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用就會(huì)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式無法有效展現(xiàn)，但用仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)來演示，可取得傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所無法達(dá)到的直觀效果；2）大爆炸現(xiàn)象傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不準(zhǔn)做、不便做也不能做，但采用仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一難題就迎刃而解了；3）動(dòng)量守恒是基本的守恒定律，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理擬定實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材，就可以簡(jiǎn)單明了地解決這一問題。

3.3 堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)教學(xué)以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)，充分發(fā)揮不同實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)勢(shì)

目前，重慶市中學(xué)共建成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室1800余間，是實(shí)驗(yàn)室的主體，也是本市中小學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基本要求，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(bǔ)和完善傳統(tǒng)功能組合技術(shù)實(shí)驗(yàn)中不能達(dá)到或不能完全體現(xiàn)的部分，探究性實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足，促進(jìn)了本市中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多樣化。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，是重慶市實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本思路。仿真實(shí)驗(yàn)軟件提供了充足的虛擬元器件資源，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)因接線出錯(cuò)而造成短路事故，不會(huì)因誤操作而造成人員或儀器設(shè)備損傷，不會(huì)發(fā)生實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常見的故障：如示波器只有單個(gè)通道正常；信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生波形失真；萬用表電池不足；測(cè)電阻讀數(shù)不準(zhǔn)等。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生以直觀真實(shí)體驗(yàn)，雖然有實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、誤差控制難度大、生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告麻煩等諸多不便，但這恰好是中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生獲取知識(shí)和動(dòng)手能力不可替代的教學(xué)模式。

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