浅析初中科学教学模拟实验

科学实验及其教学是科学课程和科学教学的一个重要组成部分，它既是科学教学的重要基础，又是科学教学的重要内容、方法和手段。模拟实验作为科学实验的一种类型，也具有相当重要的功能、作用和地位。

自然界的各种现象有不少的相似性，人们根据这种相似性的规律，创造某种特殊条件，模拟难以出现或难以掌握的自然现象，用一种领域的现象来说明其他领域中的问题，不仅可以确定相似现象的基本性质、必要条件，而且可以定量地设计模型，并把实验结果定量地推广到原型中去，这种方法叫作模拟实验。根据原型与模型之间相似的特点，可以把模拟实验分成科学模拟和教学模拟两大类，科学模拟是模型与原型之间的自然过程相似性为基础的实验方法，而教学模拟则以模型和原型之间的教学相似形为基础的实验方法。

教学模拟是以真实的情境为主要特征的、人为的情境中学习操作的形式。学习和训练需要一定的情境，但是情境当时并不存在（如酸雨）；有的不允许随便实验（如人体触电实验）；有的比较危险（如爆炸）；有的现象不十分清晰（如光学的大部分实验）等。这类情境中的学习，往往只能通过模拟进行。

初中教学中的模拟实验，其内容属于科学实验的范围，其目的是用于科学教学，因此它既是一种科学模拟，又是一种教学模拟，应当同时具备二者的特征和功能。本文将科学教学模拟实验简称为模拟实验。

一、模拟实验的优点

1.时空性强，易于随时控制

模拟实验能使瞬息变化的自然过程以分解动作的形式逐步出现，能使缓慢变化的自然过程以“快镜头”再现，从而使得原来在时间上不适宜于课堂教学的实验能应用于课堂教学。

2.可见度大，易于突出主要因素

有些自然现象的原理比较简单，但过程难以课堂中实现，或虽然能实现而达不到课堂演示的可见度，难于突出演示所表现的主要因素。这时就要借助于模拟实验而使之成为可行。

3.经济安全，减少了浪费及危险

有些科学实验需要高昂的代价，需要在具有一定设备条件的实验室中进行，如潜水艇实验，酸雨的危害实验等，这些只能用模拟实验作为课堂教学演示实验。

二、模拟实验的类型

1.相似模型模拟

指模型物理结构或物理过程与原型相同或相近的模拟实验。实验中的各式机械的模型，如抽水机模型、热机模型、电动机模型的模拟实验。取纯白大理石模拟古建筑，绿色植株模拟庄稼等。相似模型模拟的另一类是物质结构上与原型可能不同，但物理过程或自然现象与原型相同或相似，如上面所提到的近视眼、远视眼的形成及矫正模拟实验。

2.相异模型模拟

指模型的结构和物理过程与原型完全不同，但能用于说明原型的结构和物理过程的模拟实验。

3.现代教学手段模拟

指幻灯、电影、录像、计算机等现代教学手段在模拟实验中的运用。如教学中的计算机模拟演示实验，只要是指利用计算机的动画功能或微机的多媒体功能（如声音、录像编辑等），对整个实验的步骤和顺序，模仿实验的操作动作，特别是模仿动作操作以后的效果，再定性或定量地将实验现象、实验数据、实验结论表示出来，进而对科学实验的目的和目标予以说明。

三、模拟实验的步骤

1.依据原型建立模型

模型是思维的产物，建立模型是一种创造性的脑力劳动，是在真实实验的基础上，在一定的背景理论指导下，充分分析研究对象和问题的特点，分析人们长期积累和在科学中取得的大量感性材料，经过对原型的一系列分析、综合、比较、抽象、概括、推理等，从而对研究对象做出一种简化描述的过程。

2.模拟实验操作

模拟实验的操作和真实实验的操作一样，要求操作规范、清楚明了、干净利索。教师的操作对于学生来说是一种示范，对于学生实验技能的培养有着不可忽视的作用。因此，教师的操作要尽可能的规范。凡要学生注意的，对学生规定的操作事宜，教师也应该同样要求自己。若模拟实验是用实物实验来代替实际客体，应在模拟实验过程中交代清楚各个替代关系，避免造成学生的误解。如日食变化过程的模拟实验，必须交代清排球代月球，而屏则为地球上人的观察点。

3.用结果解释原型的自然规律

通过模拟实验的整个操作过程，我们可以看到与原型相一致的一些基本能反映自然规律的现象，从而让学生通过看到的形象进行客观地分析、比较，并结合从课本学到的理论知识和教师的引导，得出一个能完整解释原型自然规律的结果。当然，一些物理模型都有一定的适用范围和限制，因此，建立的自然理论也有其适用范围，不能过分夸大。

四、模拟实验教学的探讨

1.模拟实验和真实实验的关系

实验是科学的基础。科学实验中大量的、主要的是真实实验。模拟实验虽有许多优点，但它只能是真实实验的辅助和补充，切不可颠倒关系，尤其是现代科学软件多，使用简便，无需器材准备之劳苦，而且成功率高，很容易受到欢迎，但我们不能用计算机模拟去代替有可能进行的真实实验。因为学生通过自己动手或观察老师（或其他同学）动手操作的过程，将更有助于概念、规律的形成，有助于培养学生的观察能力、思维能力、动手实验能力，而在动手的过程中往往激发了他们的创新能力。因此，在教学中凡有条件使用真实实验的，还应当使用真实实验。而只有当真实实验不具备课堂教学条件时，才考虑采用模拟实验。如果模拟实验是作为真实实验的辅助和补充时，首先要做好真实实验，让学生留下真实的自然图景。如光学课件集，先应尽可能地做真实光学实验，再用课件进行模拟。若是对真实实验的替代，则要交代清楚整个替代关系，避免造成学生误解。

2.设计适合于初中教学的模拟实验

由于模拟实验在时空、设备、资金等方面占有优势，它在科学教学中有其积极的一面，我们有必要开动脑筋，设计适合于中学科学教学的模拟实验，除了现有的模型、模拟设备外，还可以运用生活中的各式日常器具、土方法做实验。只要我们动脑动手，就可以设计出许多简单易行，又适合于初中科学教学的模拟实验。

（作者单位：浙江省台州市黄岩区院桥初级中学）