Ｅｄｉｓｏｎ如何助實驗課盡善盡美

湯躍明　職衛(wèi)星　張錦華

實驗可以幫助學生學習比較抽象的科學知識，鍛煉他們的動手能力和解決問題的能力。但由于經費、場地、安全等原因，有些實驗很難讓學生操作。Edison仿真實驗軟件的出現(xiàn)突破了傳統(tǒng)實驗的局限性，便于學生自主學習和研究學習。

一、簡而論之述Edison

Edison仿真實驗軟件是專用于電子線路仿真的“虛擬電子工作平臺”軟件工具，該軟件擁有仿真度很高的常用電工電子元器件模型庫，能對實際電路進行有效的模擬仿真分析。Edison將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析和結果的圖表顯示等，全部集成到同一個電路窗口中。測試儀表和某些仿真元件的外形與實物非常接近，且儀器的操作開關、按鍵與實際儀器儀表極為相似。因此通過電路的仿真設計，既可以熟悉電路，又熟悉了儀器儀表的使用方法，同時與實驗操作也不脫節(jié)。Edison的另一個很大的優(yōu)點是該軟件提供了中文版本，全中文模擬操作環(huán)境能使學生的學習效率大大提高，有利于該軟件在電路課程教學中的使用和推廣。在網絡中，我們可以很容易地獲得Edison的試用版。試用版雖然沒有保存和打印功能，并且只能適用于小規(guī)模電路，但對中學實驗來說已經是綽綽有余了。

二、止于至善用Edison

1．實驗準備工作

歐姆定律是人教版物理義務教育八年級下冊第六章《歐姆定律》的第四節(jié)內容。歐姆定律是電學中的基本定律,是進一步學習電學知識和分析電路結構的基礎。學生對實驗方法的掌握既是重點也是難點,這個實驗難度比較大,主要在實驗的設計、數(shù)據的記錄以及數(shù)據的分析方面。由于實驗的難度比較大，學生出現(xiàn)錯誤的可能性也比較大,所以第一次實驗課在多媒體教室上，學生利用Edison仿真實驗軟件可以反復實驗，不用擔心儀器缺少和損壞的問題。

我們選取河南焦作實驗中學八年級的40名同學參與實驗。通過前幾節(jié)課的學習發(fā)現(xiàn)，他們普遍喜歡電路實驗，枯燥的講解難以激發(fā)他們的興趣。實驗室由于器材和場地的限制，只能讓學生進行小組實驗，這樣就很難保證每個學生都有實驗操作的機會。而在裝有Edison仿真實驗軟件的多媒體教室，每個學生都可以在自己的計算機上進行自主的實驗探究，充分調動了學生的積極性。課前調查表明，學生們從小學四年級就開始上信息技術課，并且大多數(shù)學生家里都有電腦。通過課前的計算機能力測試確保參加實驗的學生都熟悉計算機的基本操作，為本節(jié)課的學習打下了良好的基礎。

根據教學內容和教學對象分析，確定以下教學目標：

(1)知識與技能目標：通過實驗探究電流、電壓、電阻的關系,理解歐姆定律的物理意義；學會使用電壓表和電流表測量導體兩端的電壓和其中的電流,并通過數(shù)據分析歸納其中的物理規(guī)律。

(2)過程與方法目標：引導學生有依據地進行合理的猜想,學習用不同的方法研究物理問題。

(3)情感態(tài)度和價值觀目標：培養(yǎng)學生大膽猜想,小心求證的科學精神。

通過Edison仿真實驗軟件預備課，一方面讓學生們熟悉Edison的基本操作，另一方面確保多媒體教室所有安裝Edison的計算機運行正常。

2．實驗過程

(1)連接電路

首先，從左邊窗口元器件庫中拖動一個穩(wěn)壓直流電源放在工作臺適當位置，再依次拖入開關、電流表和定值電阻并合理擺放。接下來的連線也非常容易，只要將鼠標指針移到接線柱上單擊左鍵再移動到另一接線柱單擊即可。在元器件拖入工作臺后，我們可以看到右窗口會同時出現(xiàn)對應的電路圖符號。

(2)電阻不變時，測電流與電壓的關系

雙擊電阻圖形，在參數(shù)項目中將其阻值修改為10歐（10.0hm）。調節(jié)電源旋鈕使電阻兩端電壓分別為U=2V、4V、6V、8V時，打開開關，電流表立即顯示數(shù)值，記錄實驗數(shù)據。實驗完畢，斷開開關，保留電路。分析表中實驗數(shù)據發(fā)現(xiàn)：在電阻一定的條件下，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比。

(3)電壓不變時，測電流與電阻的關系

電源電壓保持不變（U=4V），雙擊電阻圖形，將其阻值分別改為5歐、10歐、20歐、40歐，記錄電流表對應的數(shù)值。分析實驗數(shù)據發(fā)現(xiàn)：在電壓不變的條件下，導體中的電流跟導體的電阻成反比。

3．教學效果的評估

我們從學業(yè)成績、學習效率、學習的趣味性、信息技術應用能力四個方面設計調查問卷，以評估教學的效果。

問卷調查的實施時間為2008年9月20日。調查是以研究者直接到班級發(fā)放問卷，當場收集問卷的方式進行。問卷調查共發(fā)放問卷40份，收回問卷40份，回收率為100%。統(tǒng)計結果如下：學生對基于Edison實驗的學習反映普遍比較好，92.5%的學生認為達到了教學目標；50%的學生認為學習的效率得到提高。這主要因為由于受實驗室條件限制，學生3人～4人組成的實驗小組是分工合作，而基于Edison實驗每個人需要做所有的工作。90%的學生認為基于Edison實驗的實驗趣味性強，在完成教學任務后會發(fā)揮想象力設計一些電路，而不用擔心器材限制；65%的學生認為自己的信息技術應用能力得到提高。通過座談也發(fā)現(xiàn)，被學生們譽為“計算機高手”的認為“操作Edison對他們沒有多大的挑戰(zhàn)性，比玩游戲簡單多了”。

三、獨具慧眼評Edison

從上面的實例我們可以看出Edison電子仿真實驗軟件使用十分方便，又很有趣味性，教學效果明顯，為教師提供了一條實驗教學的方便之路，為學生提供了一個廣闊的活動舞臺，有利于學生在實驗中自主學習和探究。但在使用過程中還是存在一些問題：

1.仿真實驗并不能完全代替實物實驗，接線等操作技能學生只有通過真實的操作訓練才能真正掌握。一味追求仿真，只能是走向一個新的誤區(qū)。

2.不是所有實驗都能使用Edison，如電流表、電壓表等儀表的使用實驗。原因是Edison中的儀表都是數(shù)字式的，能直接顯示讀數(shù)，而目前教材中所使用的儀表需要通過刻度來讀數(shù)。

3.Edison中的元器件即使損壞了可以用“修復”命令立即修復，這一優(yōu)點在某種程度上也是一種缺點。很多學生因此在仿真實驗中忘記了實驗的操作規(guī)范，并把這種壞習慣帶到實物實驗中，不利于學生的動手實驗能力的提高。故而不論是在仿真實驗還是在實物實驗時，教師都應時刻強調實驗操作的規(guī)范性。

隨著Edison仿真實驗軟件和類似軟件的應用，實驗儀器的數(shù)字化、虛擬化的發(fā)展趨勢越來越明顯。如果運用虛擬儀器技術，以微機為基礎，構建集成化測試平臺，不但可以滿足中學實驗教學的需要，大大提高設備利用率，而且可以降低實驗室建設的成本。

參考文獻

[1]丁美榮,柴少明.基于虛擬實驗與真實實驗整合的計算機網絡實驗教學改革[J].現(xiàn)代教育技術,2007,(7).

[2]劉立新,胡剛.Edison仿真分析在電學實驗中的應用[J].中國教育技術裝備,2004,(5).

[3]王惟信,莫志衡.Edison立體聲光實驗室[M].北京:人民郵電出版社,2002.

（作者單位：河南師范大學物理學院教育技術系 河南焦作實驗中學 河南師范大學物理學院教育技術系）