EWB軟件在初中物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

林艷欽

摘 要：仿真實(shí)驗(yàn)中電路的建立簡(jiǎn)單方便，虛擬儀表功能強(qiáng)大，相比在實(shí)驗(yàn)室中直接進(jìn)行電路設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)和更節(jié)省時(shí)間。仿真實(shí)驗(yàn)可以對(duì)一些高壓的電學(xué)實(shí)驗(yàn)和對(duì)電阻短路、開路等進(jìn)行仿真，具備傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)不再局限于課堂上，學(xué)生還能在課余時(shí)間進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，大大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：初中物理；仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)通過人機(jī)對(duì)話界面和仿真操作，可以從實(shí)驗(yàn)原理、儀器使用、實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理等方面模擬各種物理實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)中通過虛擬電路來模擬實(shí)際電路工作的過程，加深對(duì)電路工作原理的理解，增強(qiáng)了物理實(shí)驗(yàn)的能力。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，教師在講臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生可能因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)無法清晰觀察到實(shí)驗(yàn)的一些細(xì)節(jié)，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以將實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)清晰地展現(xiàn)在每一個(gè)學(xué)生的面前，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。此外，仿真實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行也不再局限于課堂上，學(xué)生還能在課余時(shí)間進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，大大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1 傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊

農(nóng)村學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備陳舊，因無力購買新的實(shí)驗(yàn)儀器，很多老師一邊做實(shí)驗(yàn)一邊還要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行維護(hù)修理，影響了正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，也因?yàn)閮x器陳舊的問題，很多實(shí)驗(yàn)做得不順利。例如，在做滑動(dòng)變阻器的實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)因變阻器調(diào)節(jié)不當(dāng)或是變阻器接觸不良，觀察不到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)前老師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理，示范實(shí)驗(yàn)的操作步驟，坐在實(shí)驗(yàn)室后面的學(xué)生往往難以清晰地看到老師的演示操作。一些高壓的危險(xiǎn)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)和一些難于實(shí)現(xiàn)的電路如某個(gè)電阻短路、開路等在陳舊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件下，教師根本無法在課堂上向?qū)W生進(jìn)行演示。教師演示之后學(xué)生再對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單的模仿，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程缺少分析思考，實(shí)驗(yàn)效率不高，學(xué)習(xí)效果不理想。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程缺乏探究性

有限的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和課堂時(shí)間，使得教師大多采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示和教學(xué)，談不上對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行真正意義上的探究，更遑論對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)存在的問題

因?qū)W校實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，初中生電學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間無法充分保證，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中存在的主要問題有：電學(xué)儀器的使用不熟練，如電表正、負(fù)接線柱接錯(cuò)；不會(huì)使用滑動(dòng)變阻器；不會(huì)連接實(shí)驗(yàn)電路；不能排除電路故障，如出現(xiàn)電路不通、小燈泡不亮等問題。

EWB仿真實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)學(xué)生在校實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠的問題。安裝了該軟件后學(xué)生可以利用課余時(shí)間多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作，直至熟練掌握為止。

EWB是電子設(shè)計(jì)平臺(tái)（Electronics Workbench）的英文簡(jiǎn)稱。它是由加拿大一家圖像處理公司在20世紀(jì)90年代推出的一個(gè)電路仿真軟件。它不僅有豐富的元器件庫和基礎(chǔ)儀器儀表，還具有各種分析功能，因此被稱為虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。利用EWB軟件可以模擬中學(xué)所有的電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

2 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入EWB軟件，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 電路連接簡(jiǎn)單方便 節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間

EWB軟件采用了下拉式菜單，常用的工具直接用圖標(biāo)工具欄進(jìn)行顯示，因此操作簡(jiǎn)單方便。常用的電子元器件存放在基本器件庫中。例如，要使用一個(gè)電阻我們可以單擊基本器件庫打開基本器件庫，單擊選擇電阻并拖至工作區(qū)即可。我們還可以對(duì)每一個(gè)元器件的預(yù)設(shè)參數(shù)值進(jìn)行修改。若不滿意元件在工作區(qū)中的位置方向，可以使用工具欄中的旋轉(zhuǎn)，水平或垂直映射圖標(biāo)來調(diào)整元件的位置方向，使電路布局更美觀。兩個(gè)元件之間需要連線時(shí)可以移動(dòng)鼠標(biāo)到一個(gè)元件的一端，當(dāng)出現(xiàn)了連接點(diǎn)時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)移至另一元件的端點(diǎn)、當(dāng)出現(xiàn)另一個(gè)連接點(diǎn)時(shí)松開鼠標(biāo)即可自動(dòng)連線。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)元件和一條電線間的連接時(shí)也是一樣，我們可以把鼠標(biāo)移到元件的一端，當(dāng)出現(xiàn)了連接點(diǎn)時(shí)拖動(dòng)鼠標(biāo)移至到要連接的線上，當(dāng)產(chǎn)生連接點(diǎn)時(shí)再松開鼠標(biāo)。若刪除連線，則選中此線，并選擇刪除命令。儀器儀表的連接與電路連接方法一樣。因此，比起實(shí)際電路的連接，EWB的電路連接要簡(jiǎn)便很多，從而節(jié)省了實(shí)驗(yàn)所需要的時(shí)間。

2.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)更便捷

實(shí)驗(yàn)中學(xué)生會(huì)經(jīng)常面臨實(shí)驗(yàn)器材的選擇和電路設(shè)計(jì)。在EWB中學(xué)生選錯(cuò)實(shí)驗(yàn)儀器或是電路設(shè)計(jì)出錯(cuò)不會(huì)造成電路燒毀等不可挽救的嚴(yán)重后果[1]。因此通過多次試錯(cuò)，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇和設(shè)計(jì)電路的正確方法。因此，使用EWB 軟件進(jìn)行電路的設(shè)

計(jì)相比在實(shí)驗(yàn)室中直接進(jìn)行電路設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)和更能節(jié)省時(shí)間。

2.3 虛擬儀表使用更方便

EWB提供的虛擬儀表使用起來比實(shí)際儀表更方便。例如在EWB中示波器不僅可以同時(shí)輸入兩個(gè)信號(hào)，還能對(duì)信號(hào)的顏色進(jìn)行設(shè)置，方便學(xué)生觀察這兩個(gè)信號(hào)。

3 計(jì)算機(jī)仿真是真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有力輔助工具

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)的作用

仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)元件和儀器的自主選擇，可以采用不同的電路來完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生能夠完全按照自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不再生搬硬套老師的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。儀器的調(diào)節(jié)和線路的連接盡管是用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖動(dòng)來完成的，但由于仿真模擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感很強(qiáng)，通過仿真學(xué)生同樣能夠熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用，熟練掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法。

3.2 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的作用

學(xué)生可以利用仿真模擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)建立起直觀的感性認(rèn)識(shí)。在課前事先掌握了一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)的方法之后，學(xué)生在課堂上再進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)的操作，能達(dá)到事半功倍的效果。

3.3 延伸課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的作用

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是依照全班大多數(shù)學(xué)生的水平來設(shè)定的，無法滿足優(yōu)秀學(xué)生更高的需求。有了仿真軟件工具優(yōu)秀學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)語

仿真實(shí)驗(yàn)中電路的建立簡(jiǎn)單方便，虛擬儀表功能強(qiáng)大，相比在實(shí)驗(yàn)室中直接進(jìn)行電路設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)和更節(jié)省時(shí)間。仿真實(shí)驗(yàn)還可以對(duì)一些高壓的電學(xué)實(shí)驗(yàn)和對(duì)電阻短路、開路等進(jìn)行仿真，具備傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生可以利用仿真模擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行預(yù)習(xí)；掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用和實(shí)驗(yàn)方法；優(yōu)秀學(xué)生還可以自行設(shè)計(jì)感興趣的實(shí)驗(yàn)。因此，仿真物理實(shí)驗(yàn)為廣大物理教師所喜愛，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秀敏.仿真實(shí)驗(yàn)室在初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2015（11）.