EWB軟件在初中物理仿真實驗教學中的應用

林艷欽

摘 要：仿真實驗中電路的建立簡單方便，虛擬儀表功能強大，相比在實驗室中直接進行電路設計更經濟和更節省時間。仿真實驗可以對一些高壓的電學實驗和對電阻短路、開路等進行仿真，具備傳統實驗所無法比擬的優點。仿真實驗不再局限于課堂上，學生還能在課余時間進行仿真實驗，大大地調動了學生的學習積極性。

關鍵詞：初中物理；仿真；實驗教學

計算機仿真實驗通過人機對話界面和仿真操作，可以從實驗原理、儀器使用、實驗過程及數據處理等方面模擬各種物理實驗。學生在仿真實驗中通過虛擬電路來模擬實際電路工作的過程，加深對電路工作原理的理解，增強了物理實驗的能力。

傳統實驗中，教師在講臺上進行實驗演示，學生可能因為距離遠無法清晰觀察到實驗的一些細節，造成實驗教學效果不佳。運用計算機仿真技術可以將實驗的細節清晰地展現在每一個學生的面前，增強了實驗教學的效果。此外，仿真實驗的進行也不再局限于課堂上，學生還能在課余時間進行仿真實驗，大大地調動了學生的學習積極性。

1 傳統中學物理實驗教學存在的問題

1.1 實驗設備陳舊

農村學校實驗室的設備陳舊，因無力購買新的實驗儀器，很多老師一邊做實驗一邊還要對實驗儀器進行維護修理，影響了正常的實驗教學。學生在實驗的過程中，也因為儀器陳舊的問題，很多實驗做得不順利。例如，在做滑動變阻器的實驗時，經常會因變阻器調節不當或是變阻器接觸不良，觀察不到明顯的實驗現象。

實驗前老師詳細講解實驗原理，示范實驗的操作步驟，坐在實驗室后面的學生往往難以清晰地看到老師的演示操作。一些高壓的危險的電學實驗和一些難于實現的電路如某個電阻短路、開路等在陳舊的實驗設備條件下，教師根本無法在課堂上向學生進行演示。教師演示之后學生再對實驗步驟進行簡單的模仿，學生對實驗過程缺少分析思考，實驗效率不高，學習效果不理想。

1.2 實驗過程缺乏探究性

有限的實驗設備和課堂時間，使得教師大多采用簡單的實驗進行演示和教學，談不上對物理實驗進行真正意義上的探究，更遑論對學生的實驗探究能力的培養。

1.3 實驗存在的問題

因學校實驗時間有限，初中生電學實驗的時間無法充分保證，學生在實驗過程中存在的主要問題有：電學儀器的使用不熟練，如電表正、負接線柱接錯；不會使用滑動變阻器；不會連接實驗電路；不能排除電路故障，如出現電路不通、小燈泡不亮等問題。

EWB仿真實驗可以彌補學生在校實驗時間不夠的問題。安裝了該軟件后學生可以利用課余時間多次進行實驗模擬操作，直至熟練掌握為止。

EWB是電子設計平臺（Electronics Workbench）的英文簡稱。它是由加拿大一家圖像處理公司在20世紀90年代推出的一個電路仿真軟件。它不僅有豐富的元器件庫和基礎儀器儀表，還具有各種分析功能，因此被稱為虛擬電子實驗室。利用EWB軟件可以模擬中學所有的電學實驗。

2 仿真實驗教學的優點

實驗教學中引入EWB軟件，具有以下優點。

2.1 電路連接簡單方便 節省實驗時間

EWB軟件采用了下拉式菜單，常用的工具直接用圖標工具欄進行顯示，因此操作簡單方便。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即可。我們還可以對每一個元器件的預設參數值進行修改。若不滿意元件在工作區中的位置方向，可以使用工具欄中的旋轉，水平或垂直映射圖標來調整元件的位置方向，使電路布局更美觀。兩個元件之間需要連線時可以移動鼠標到一個元件的一端，當出現了連接點時拖動鼠標移至另一元件的端點、當出現另一個連接點時松開鼠標即可自動連線。要實現一個元件和一條電線間的連接時也是一樣，我們可以把鼠標移到元件的一端，當出現了連接點時拖動鼠標移至到要連接的線上，當產生連接點時再松開鼠標。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，比起實際電路的連接，EWB的電路連接要簡便很多，從而節省了實驗所需要的時間。

2.2 設計性實驗更便捷

實驗中學生會經常面臨實驗器材的選擇和電路設計。在EWB中學生選錯實驗儀器或是電路設計出錯不會造成電路燒毀等不可挽救的嚴重后果[1]。因此通過多次試錯，學生可以在實驗的基礎上總結實驗儀器的選擇和設計電路的正確方法。因此，使用EWB 軟件進行電路的設

計相比在實驗室中直接進行電路設計更加經濟和更能節省時間。

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際儀表更方便。例如在EWB中示波器不僅可以同時輸入兩個信號，還能對信號的顏色進行設置，方便學生觀察這兩個信號。

3 計算機仿真是真實實驗的有力輔助工具

3.1 仿真實驗的作用

仿真實驗中，學生通過對實驗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實驗。學生能夠完全按照自己的實驗設計思路進行實驗，不再生搬硬套老師的實驗步驟進行實驗。儀器的調節和線路的連接盡管是用鼠標點擊和拖動來完成的，但由于仿真模擬實驗的真實感很強，通過仿真學生同樣能夠熟悉實驗儀器的使用，熟練掌握實驗內容和實驗方法。

3.2 預習實驗的作用

學生可以利用仿真模擬實驗來進行預習，對實驗建立起直觀的感性認識。在課前事先掌握了一個實驗的原理、實驗的內容和實驗的方法之后，學生在課堂上再進行常規實驗的操作，能達到事半功倍的效果。

3.3 延伸課內實驗內容的作用

課內實驗的內容是依照全班大多數學生的水平來設定的，無法滿足優秀學生更高的需求。有了仿真軟件工具優秀學生可以自行設計實驗。

4 結語

仿真實驗中電路的建立簡單方便，虛擬儀表功能強大，相比在實驗室中直接進行電路設計更經濟和更節省時間。仿真實驗還可以對一些高壓的電學實驗和對電阻短路、開路等進行仿真，具備傳統實驗所無法比擬的優點。學生可以利用仿真模擬實驗來進行預習；掌握實驗儀器的使用和實驗方法；優秀學生還可以自行設計感興趣的實驗。因此，仿真物理實驗為廣大物理教師所喜愛，具有非常廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]張秀敏.仿真實驗室在初中物理虛擬實驗中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（11）.