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关于的计算机模拟实验在科学教学中的运用反思

论文导读:原型的模仿实验,如电动机模型、生物结构模型、分子结构模型等。利用实物所做的实验称为真实实验或传统实验,而不论实物是现实原型还是现实原型的模型。  从计算机模拟实验的功能看,大致分成三种。  一是对自然现象的模拟:按照人们对自然现象的理解,将这种理解用计算机直观而形象地呈现,具有放大或缩小真实事物、缩短或延

计算机模拟实验在科学教学中的运用反思摘 要 计算机模拟实验等现代教育技术对科学教学也具有潜在负面影响,运用计算机模拟实验必须明确这一技术与传统实物实验的区别,过度依赖计算机模拟技术会对实验教学产生消极影响。
  关键词 计算机模拟实验;传统实验;科学教学
  1671-489X(2014)17-0125-02
  随着计算机模拟实验在科学教育中的广泛运用,如何正确处理其与传统真实实验的关系,是科学教学无法回避的重要理由。计算机模拟实验在推动与支持科学探究教学上有强大的功能,计算机模拟实验能模拟学生平时无法观察到的自然现象,将抽象的科学原理转化为直观的模型,帮助学生正确解释自然现象,推动对科学知识的理解,但对教学而言,计算机模拟实验也有其局限性。在实践中,要辩证认识其功能及局限性,充分发挥其优势,为提高教学质量和学生科学素养服务。
  1 计算机模拟实验和真实实验
  本文所说的计算机模拟实验指运用计算机技术设计的虚拟实验,实验中只需要使用计算机而不需要使用真实的药品和仪器,不包括运用实物代替原型的模仿实验,如电动机模型、生物结构模型、分子结构模型等。利用实物所做的实验称为真实实验或传统实验,而不论实物是现实原型还是现实原型的模型。
  从计算机模拟实验的功能看,大致分成三种。
  一是对自然现象的模拟:按照人们对自然现象的理解,将这种理解用计算机直观而形象地呈现,具有放大或缩小真实事物、缩短或延迟现象发生的时间、突出本质特征隐藏非本质因素干扰的作用,目的是让人们可以通过计算机“观察”自然现象。计算机模拟实验不是对真实世界的复制,而是对真实现象的过滤、剪辑与解读。
  二是对科学理论、定律或概念的模拟:运用计算机使“自然现象”在科学理论、定律或概念的“命令”下发生,是对科学理论、科学概念、科学事实的一种诠释。
  三是模拟仪器的使用策略:展示仪器的性能和使用策略。从认识论角度看,计算机模拟实验是人类思维的产物,是人类想象创造的结果。
  传统实验虽然也离不开人类的想象,但是它产生的是现实世界中发生或可能发生的现象,是一种不依赖人类意识的客观存在。传统实验给学生带来的视觉、听觉、触觉、味觉的刺激,以及实验环境与学习者构成的环境对学习产生的影响,都是模拟实验无法取代的。此外,真实实验和模拟实验还有以下不同之处。
  第一,要处理因气候条件等外部对实验的影响;
  第二,要考虑实验时间的限制,尽量使每一步操作都顺利,有些现象持续时间很短,必须及时做好观察和记录;
  第三,有些真实实验不允许出现失误,不能直接体验,否则会对人体造成极大的危害,或者损坏实验设备,造成大的经济损失。
  从情境学习观点看,传统实验面对的是真实情境和现实理由,模拟实验无法产生真实情境和现实理由。真实世界的经验和虚拟世界的经验比较,人的感受不同,产生的学习效果也不同。根据情境学习观点,教学要给学习者提供尽可能真实的情境,真实实验和计算机模拟实验相比,计算机模拟实验距离现实环境更远。做真实实验是亲身的、直接的实践活动,做计算机模拟实验是间接的认识活动。因此,计算机模拟实验代替传统实验,在某种程度上割裂了学习与生活、社会的联系。
  总之,计算机模拟实验是真实实验的补充和延伸,而不是对真实实验的超越,它必定有自身的缺陷,无法完全取代传统实验。
  2 计算机模拟实验潜在的负面影响
  如前所述,计算机模拟实验能推动学生理解科学知识、形成探究技能,受到科学教师的青睐。但是,如果过度依赖计算机模拟实验等现代技术,忽视传统实验的教学,会对教学产生负面影响。
  影响教师和学生实验技能的提高 虽然现在很多学校有优良的实验条件,但实验器材的利用率却不高,实验开出率没有达到规定标准,学生实验次数不多。其中以计算机模拟实验等代替真实实验是理由之一。没有经过一定数量传统实验的练习,会直接影响学生以及教师的实验操作能力。部分教师讲实验条理清晰,但做实验却漏洞百出。上海某区举办了一项物理教师实验技能竞赛,其中有一个用油膜法测分子直径的实验,实验不需要任何先进仪器和策略,就是痱子粉、油酸溶液,然而就是这些简单的东西却难住了不少青年教师[1]。除上海外,其他地方也曾经举行过类似的实验技能竞赛,教师的表现也不容乐观。而且参赛的教师都是经过一定的程序挑选出来的,属于实验能力比较高或者对自己实验能力比较自信的教师。如果以随机选择的策略来确定参赛选手,结果可能更不乐观。
  一位教师认为,自己做演示实验还不如让学生看视频,因为视频中的实验操作更加规范。根据这位教师的观点,可以做这样的推理:首先,这位教师的实验操作还不规范或者对自己实验操作缺乏信心;其次,没有正确理解什么是规范的实验操作,视频中的操作不一定是规范的。同样的实验,除了遵守必要的共同规范之外,可以有不同的操作策略,不存在固定的“标准动作”。在氧气的制取实验教学中,这位教师先给学生观看录像资料,并做了详细讲解。但是学生一进入实验室,产生了不少原来认为没有理由的理由。例如,把集气瓶装满水倒立在水槽里,手上的水没有擦干就装药品,弄湿了试管。很多学生不知道先把集气瓶装满水倒立在水槽里再加热药品,而是产生气体之后才想到要用排水法收集气体。
  影响学生理解科学本质 由于计算机模拟实验是表达自然现象的一种虚拟模型,是解释、说明或呈现科学理论的一种策略。可用于帮助学生理解科学知识,而不能代替科学探究。如果以计算机模拟实验来探究科学规律,会在逻辑上产生循环论证的错误。科学探究实验的目的是在观察现象的基础上归纳出现象的本质,形成对自然现象的一种解释。计算机模拟实验中产生的现象与数据本身是根据科学原理设计的,而且现象和数据一般都设计得非常“规则”,和事先的假设非常吻合,然后又利用这些现象和数据推出所依据的科学原理。例如,事先根据欧姆定律或质量守恒定律编制一组数据,然后再从这些数据推出欧姆定律或质量守恒定律,这样的模拟实验和真正的科学探究本质是矛盾的。科学知识的一个主要特征是基于观察并接受观察的检验,科学精神的核心内容是追求逻辑上的自洽和可重复的经验验证[2]。“观察”和“经验验证”是指直接从真实世界里获取证据 全文地址:http://www.7ctime.com/jsjwljclw/lw38237.html
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