認(rèn)識(shí)模擬試驗(yàn)在科學(xué)教學(xué)中的作用

1、認(rèn)識(shí)模擬實(shí)驗(yàn)在科學(xué)教學(xué)中的作用陳 嶺深圳市龍崗區(qū)沙灣中學(xué)，深圳，518114摘要：文章闡述了模擬實(shí)驗(yàn)在初中科學(xué)中的獨(dú)特作用，加深教師對(duì)模擬實(shí) 驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，為以后的課堂教學(xué)提供借鑒。關(guān)鍵詞：模擬實(shí)驗(yàn)科學(xué)作用筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，初中科學(xué)中的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)量并不多，同時(shí)實(shí) 驗(yàn)器材較簡(jiǎn)單、步驟較明了，因此，局部老師認(rèn)為，模擬試驗(yàn)可有可無。 結(jié)果，模擬實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特作用，以及實(shí)施模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐活動(dòng)，常常被教師 忽略。本文緊扣教材中的典型例子來開掘模擬實(shí)驗(yàn)的重要作用，希望引起 更多科學(xué)老師的重視。一. 什么是模擬實(shí)驗(yàn)“模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)相似性原理用模型來代替研究對(duì)象，這種實(shí)際存在 的研究對(duì)象叫 原型，相應(yīng)的模型裝置叫

2、 模型。在研究中，實(shí)驗(yàn)工具直接 作用于模型而不是原型，然后再將模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類推到原型上去，揭示 研究對(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律?！澳Ｐ痛笾驴梢苑譃槔碚撃Ｐ秃蛯?shí)物模型兩大類。理論模型包括圖像模型、 邏輯模型、數(shù)學(xué)模型等，理科教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中多用 實(shí)物模型1,本文僅討論以實(shí)物模型來進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)，另外，用課件來 模擬各種實(shí)驗(yàn)也不在本文討論的范圍之內(nèi)。二. 模擬實(shí)驗(yàn)的作用1.1.模擬實(shí)驗(yàn)是對(duì)直接實(shí)驗(yàn)的一個(gè)必要的補(bǔ)充對(duì)于許多的自然現(xiàn)象和自然過程如宇宙大爆炸，人們?cè)谶M(jìn)行研究時(shí) 往往不能直接將實(shí)驗(yàn)手段作用于所研究的現(xiàn)象或?qū)ο?，而必須采取模擬的 方法進(jìn)行。根據(jù)研究對(duì)象的不同，可以把初中科學(xué)中出現(xiàn)的模擬實(shí)驗(yàn)歸納 為以下五

3、種情形：一 便于研究在空間或時(shí)間上極為遙遠(yuǎn)的對(duì)象宇宙無邊，星系離我們很遙遠(yuǎn)。那么如何研究宇宙膨脹和星系運(yùn)動(dòng)呢？ 教材安排了星系運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)九年級(jí)下冊(cè)，用氣球模擬宇宙，在氣球上 畫上一些小圓點(diǎn)來模擬星系。往氣球中打氣，然后觀察氣球在脹大過程中 各個(gè)小圓點(diǎn)間距離的變化。觀察者很容易看到，隨著“宇宙的不斷膨脹，“星系的距離變得越來越大。實(shí)驗(yàn)材料和步驟雖然很簡(jiǎn)單，但是很能說 明問題。二 便于研究涉及范圍廣泛，或者存在和開展的延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的對(duì)象 在九年級(jí)下冊(cè)中會(huì)學(xué)到生態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)，這是一個(gè)既重要乂有趣的內(nèi)容，生態(tài)系統(tǒng)中的重要成分生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者既相對(duì)獨(dú)立乂相互聯(lián) 系、相互依賴、相互制約和相互作用著

4、。我們不方便研究整個(gè)生物圈，但 是可以通過模擬小型生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，來探索生態(tài)系統(tǒng)平衡的條件。在實(shí) 驗(yàn)中，取三支大試管并編號(hào)，1 1 號(hào)試管放進(jìn)去 1 1 株健壯的水草,2 2 號(hào)試管放 進(jìn)去 2 2 顆健壯的活螺獅，3 3 號(hào)試管放進(jìn)去 1 1株健壯的水草和 2 2 顆健壯的螺獅。 然后向 3 3 支試管灌滿水，直至液面離管口 2 2 厘米處，塞緊橡皮塞，并在瓶 口涂凡士林，以防漏氣。三個(gè)密閉的小型的生態(tài)系統(tǒng)就這樣建立了。把這三支試管放在陽光充足的地方，連續(xù)觀察 2-42-4 周。最終，可以看到 3 3 號(hào)管內(nèi) 的生物生活得最好。3 3 號(hào)管內(nèi)的水草代表生產(chǎn)者利用了光能進(jìn)行光合作 用，提供了氧

5、氣，供螺獅代表消費(fèi)者生存；而螺獅呼吸產(chǎn)生的二氧化 碳乂為水草的光合作用提供了原料，這一個(gè)小小的生態(tài)系統(tǒng)就進(jìn)入了一個(gè)良性的循環(huán)，到達(dá)動(dòng)態(tài)的平衡。生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)成分的相互作用就在3 3 號(hào)管中得到了很好的展現(xiàn)。三 便于研究由于客體自身的物理屆性而不可能進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)的對(duì)象 板塊的活動(dòng)屆于地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，它的過程是緩慢的，所蘊(yùn)藏的能量是巨大的，我們無法直接觀察到板塊的運(yùn)動(dòng)過程。鑒于此，在七年級(jí)下冊(cè)的教 材中，便設(shè)置了 “板塊張裂實(shí)驗(yàn)，用兩塊板模擬了兩個(gè)板塊，上面貼著的 白紙模擬了地殼，當(dāng)兩人用力向兩邊拉扯“板塊直至紙斷裂時(shí)，一條大“裂谷就呈現(xiàn)在學(xué)生面前。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很好地演繹了板塊張裂引起地殼變 動(dòng)的過程和

6、導(dǎo)致的結(jié)果。四便于研究體積過大或微觀世界的對(duì)象由于受“前概念 的影響，不少學(xué)生在學(xué)習(xí)“物體沉浮條件時(shí)，認(rèn)為重的物體會(huì)下沉，而只有輕的物體才會(huì)上浮。課本就此提出了 “鐵塊 在水中會(huì)下沉，而輪船的船殼都是用鋼板造成的，為什么能漂浮在水面 上？ 這個(gè)問題。輪船是體積很龐大的物體乂如何能搬到課堂上來研究 呢？于是，課本安排了 “輪船模擬實(shí)驗(yàn)，通過觀察一團(tuán)橡皮泥捏成團(tuán)和捏 成碗狀在水中的沉浮狀況，很巧妙地解釋了問題。學(xué)生一目了然，原來輪 船雖很重，但由于它排開的水的體積很大，因此受到的浮力也很大，自然 能浮在水面上。對(duì)于對(duì)微觀世界的研究，模擬實(shí)驗(yàn)同樣適用。在七年級(jí)上冊(cè)學(xué)習(xí)“分 子之間有空隙時(shí)，課本設(shè)置了

7、“黃豆和芝麻混合的實(shí)驗(yàn)。通過反復(fù)搖晃，黃豆和芝麻互相進(jìn)入到對(duì)方的空隙中，混合后的體積明顯小于混合前 的體積，很生動(dòng)地模擬了 “分子之間存在空隙，不同分子相互進(jìn)入到分子 的空隙中這一微觀的現(xiàn)象，也很好地解釋了之前酉精和水混合實(shí)驗(yàn) 中“混合液的體積小于水和灑精的體積之和這一原理。五便于研究人體的結(jié)構(gòu)和生理用鐘罩、Y Y 型管、氣球、橡皮膜來模擬呼吸運(yùn)動(dòng)是一個(gè)很經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。 鐘罩代表胸腔，Y Y 型管代表氣管和支氣管，兩個(gè)氣球代表左右肺，橡皮膜 代表膈，通過橡皮膜的下拉和上推，觀察氣球的漲大和縮小，來學(xué)習(xí)呼吸 運(yùn)動(dòng)時(shí)膈的收縮和舒張、肺的增大和縮小、胸廓的容積的變大變小、氣體 的進(jìn)和出。2.2.有利于

8、直觀教學(xué)夸美紐斯認(rèn)為：一切知識(shí)都是從感官知覺開始的，一切知識(shí)都不應(yīng)該根據(jù)書本的權(quán)威去灌輸，要盡量利用感官去施教。初中科學(xué)中模擬實(shí)驗(yàn)無一例外地、 較好地從靜態(tài) 結(jié)構(gòu)、 層次、 組成到動(dòng)態(tài)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、發(fā)生、開展、演變、從宏觀到微觀、從二維到三維表 現(xiàn)了研究對(duì)象，給人以具體、深刻的印象，以直觀的方式突破教學(xué)的難點(diǎn)。 如：研究日食形成的原因和過程七年級(jí)上冊(cè)一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)， 對(duì)于學(xué)生來說，如果僅僅通過文字的描述再加上自己的想象，理解起來還是相對(duì)困難。但是，課本設(shè)置的“模擬日食的實(shí)驗(yàn)便很好地解決了這個(gè) 問題。實(shí)驗(yàn)者手持一大一小兩個(gè)球小球表示月球，大球表示太陽,讓它們處在同一水平視線上，且小球在大球的前

9、面。不斷移動(dòng)小球，并觀察大 球被遮掩的局部，從球面的變化外推到日面的變化，很直觀地表現(xiàn)出日、 月、地三者位置改變時(shí)引起的日食的過程。學(xué)生學(xué)好了日食的成因后，再 學(xué)月食的成因時(shí)，就不至于暈頭轉(zhuǎn)向了。3.3. 有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間能力“空間能力是表達(dá)性別差異最明顯的一種能力, 也是較難描述和解釋的 一種能力。是“一種涉及表征、轉(zhuǎn)換、生成和回憶符號(hào)和非語言信息的技 能。它包含了三個(gè)要素：“空間知覺：指在十?dāng)_條件下，對(duì)垂直和水平方 位確實(shí)定。心理旋轉(zhuǎn)：指對(duì)二維或三維圖象表征的旋轉(zhuǎn)能力。 空間想像： 指對(duì)所顯示的空間信息進(jìn)行多步分析加工的能力。研究說明，在空間知覺和心理旋轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)中，男性明顯優(yōu)于女性；而在

10、空間想象力測(cè)驗(yàn)中，男女差異不 顯著?？陀^物質(zhì)世界中絕大局部物體的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)都是三維的，知識(shí)更多的是 抽象的。因此空間能力的培養(yǎng)在學(xué)習(xí)自然科學(xué)的過程中顯得尤為重要， 空間 能力強(qiáng)的學(xué)生可以獲得對(duì)直觀客體的全面而深刻的認(rèn)識(shí)， 也可以獲得語言描 述或圖形示意的間接客體在頭腦中的再現(xiàn)形象，甚至創(chuàng)造出新的形象。模擬實(shí)驗(yàn)的模型大都立體而具體，因而在觀察或動(dòng)手制作、操作模型的 過程中，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的空間能力。用濕泥土來制作等高線的模型就是 一個(gè)很好的例子。在學(xué)習(xí)等高線時(shí)，學(xué)生在認(rèn)識(shí)上有兩個(gè)難點(diǎn)，一是明明是一座高大的山，怎么卻變成了幾圈閉合的曲線；二是即使明白等高線是怎樣 一回事，但還是很難從等高線的凹凸、疏密來判斷鞍部、山脊、山谷、峭壁、 山頂?shù)?。在?shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生親自堆出一個(gè)山體，然后按照高程來水平切 開山體，給山體編號(hào)、晾十后，按照編號(hào)的順序逐一用筆沿山體的邊緣描線。 很快，一幅等高線的圖就躍然紙上，順利地實(shí)現(xiàn)了三維向二維的轉(zhuǎn)換，“等高線、“高程、“山脊等抽象的概念很快就能被學(xué)生所認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在隨著多媒體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，教學(xué)上越來越多地使用計(jì)算機(jī)來模 擬實(shí)驗(yàn)，但這種做法在空間思維的培養(yǎng)上是不如實(shí)物模型的。當(dāng)然,在模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)也有值得我們注意的地方，例如要將模型置于與 原型相似的條件下