以信息化手段优化实验教学

21. 《义务教育物理课程标准（2022年版）》支持信息技术对物理课堂教学的辅助，在此背景下，有教师认为虚拟仿真实验可以更多地应用在物理课堂教学中，以此提升课堂效率；有教师则认为虚拟仿真实验不能真实体现物理现象，也不能真实反映物理规律，不该应用于课堂教学中。虚拟仿真实验在课堂教学中究竟该如何合理使用？

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在实际培训与教学中，有教师提出虚拟仿真实验能否应用于物理课堂教学、可否替代物理实验的问题，笔者认为这不是该与不该的问题，而是如何合理、高效、融合使用的问题。

实验是物理学科的重要特征之一，对全面发展学生的核心素养有着极为重要的作用。虚拟仿真实验可以为师生提供理想化的实验环境、充足的实验设备和随时可做的实验条件，为物理实验教学拓展了思路，成为物理课程资源开发和教学改革的重要途径，但不可以用虚拟仿真实验完全代替真实的物理实验。

笔者认为，合理、高效使用虚拟仿真物理实验，本质上是利用信息化手段优化物理实验教学效果、提高物理实验教学效率的过程。实践中，虚拟仿真实验可以从创新方式、模式变革、时空拓展等方面强化实验教学。

创新实验教学方式。部分实验由于过程过短或过长、危险性较大、现象不明显或无法观察等原因，无法在现有条件下进行操作，一些教师选择被动放弃。但信息技术发展到今天，我们可以创新实验教学方式，通过虚拟仿真实验弥补这些教学中的不足。

虚拟仿真实验可直观呈现传统实验无法展现的实验过程。例如，液体、固体的扩散实验，需要数月甚至数年的时间，通过调整虚拟实验时间参数，我们可以在很短时间内完成扩散过程，看到扩散现象；再如，虚拟实验可以将电路中电荷的定向移动直观地展现出来，便于学生理解电流形成的原因。

虚拟实验让危险性大的实验有了实操可能，学生可安全试错，规避错误操作，掌握实验技能。例如，电学实验中多次强调不能将导线直接连到电源正负极，会发生短路，学生好奇心使然，总是想要试一试，虚拟实验会提示操作错误及原因，并通过动画显示出电池烧毁的情境，加深了学生对短路危害的理解。

变革实验教学模式。受实验器材数量和实验场地限制，传统的学生分组实验有时4人一组，多则6—8人一组，实验时一些学生只能当看客，缺乏参与感，少了操作体验，少了实践锻炼机会。虚拟仿真实验具有在线学习和实操功能，学生可通过手机或电脑进行预习与操作，不受时间、空间的限制；虚拟实验系统AI智能助教可在线实时进行实验步骤指导，学生按照提示就能顺利完成实验；实验过程中的实验知识讲解、操作错误提醒等，能让学生获得较好的实验体验，还能帮助学生快速掌握实验研究过程与操作要求，使得人人参与、自主实验成为可能。

2020年以来，受新冠肺炎疫情的影响，利用信息化手段实施线上教学成为常态，虚拟仿真实验在一些物理课堂得到了广泛应用。教师需要改变只能在学校进行实验教学的思路，根据实验内容探索线下线上结合、课内课外贯通的实验教学模式，激发学生主动做好物理实验的意识，提高学生实践操作能力。

拓展实验教学时空。虚拟仿真实验平台大多具有指导性、交互性和数据收集功能，利用这些特点能够极大地拓展实验教学时空。

虚拟实验也是学生进行自主探究、实践的平台，学生可以将课堂上学习的理论知识应用到实践操作中，加深对知识的理解，提高解决实际问题的能力。部分虚拟实验平台有趣味性通关星级评价模式，教师可以引导学生根据自己的兴趣开展虚拟实验，激发学生学习兴趣，让学生在趣味PK、通关中增强学习体验，在实验操作中感受到学习的乐趣。

将实验教学拓展到复习课、练习课、讲评课，通过实验再现物理概念、规律的得来过程，可以加深学生对概念、规律的认识，方便教师强调科学探究的方法和过程。

虚拟仿真实验系统可自动采集学生操作过程中的操作数据，形成可视化学情分析报告，实验过程中的难点、易错点一目了然，帮助教师准确掌握班级全体和学生个体的实验知识掌握情况，将实验设计为课前预习、课后作业、专项检测等环节，可以帮助学生课前规范预习，课后反复练习，辅助学生自主练习，调动学生的学习积极性，培养学生的创新思维和实践能力。

当然，对于虚拟仿真实验教学，我们的态度是真实为首选、虚拟作补充、虚实相结合、各自有侧重，能真实则不虚拟，虚拟是真实的有效补充，虚实结合发挥各自优点，共同发挥实验教学的最大功能。

（作者分别系甘肃省教育科学研究院原院长、兰州市外国语学校教师）

《中国教师报》2023年01月18日第10版