模拟实验在初中科学教学中应用论文

浅谈模拟实验在初中科学教学中的应用
[摘要]初中科学是一门实验科学。

模拟实验是初中科学新课程教材中新加入的一种实验类型，科学教师要重视实验教学，积极主动地去创造条件，开展科学实验教学工作，有必要从理论上进一步去学习模拟实验的概念、模拟实验的类型、模拟实验的特点及过程和模拟实验在初中科学教学中的作用。

[关键词]模拟实验模型原型
初中科学属于自然科学的范畴，实验是初中科学研究的重要方法。

实验者在进行实验时，就是按照研究目的，利用一定的手段去控制和干预研究对象或研究过程中的某些因素。

但是自然界中许多现象是人们难以直接控制和干预的，如被研究的对象在时间上或空间上极为遥远。

因此必须采取模拟的方法，即通过模拟实验才能进行。

那么，笔者从以下几方面谈谈模拟实验在初中科学教学中的应用。

一、模拟实验的概念
初中科学是一门实验科学，科学实验是探索自然现象的奥秘，揭示自然规律的一种重要方法。

但是，有些科学实验由于受到一些特殊因素的制约，不能或不许直接对研究对象进行实际实验。

在这种情况下，为了获得对研究对象的认识，以揭示其本质和规律，我们可以通过模拟的方法制成研究对象的模型，然后模拟研究对象的实际情况，在模型上进行实验，这样的实验就叫做模拟实验。

科学史上曾有过许多著名的模拟实验，如1953年，美国学者米
勒等人模拟原始地球条件，在实验室内用甲烷、氨、氢、水蒸气等物质制成了氨基酸等有机物，从而证明了生命起源过程的第一阶段是完全能够发生的；又如，为了深入研究生态系统的结构和功能，美国科学家于1984年开始兴建一个完全封闭的生态实验室。

由于这个实验室是模拟生物圈的结构和功能而建造的，因此叫做“生物圈2号”。

1993年1月，8位科学家进入这个实验室进行实验。

上面所举的两个例子说明，模拟实验是进行科学研究的一种基本方法。

二、模拟实验的特点和一般过程
同直接实验相比，模拟实验具有如下特点：（1）模拟实验直接作用于模型而非实际的研究对象（原型）。

（2）模拟实验根据的是相似性原理：模型和研究对象之间具有相似性，模型所处的实验条件与研究对象所处的实际条件也是极为相似的。

（3）要运用类比推理的方法，将模拟实验的结果类推到原型上去，以揭示研究对象的本质和规律。

正是由于这三个特点，决定了模拟实验的实验过程不同于一般的直接实验。

下面结合实例加以说明。

众所周知，绿色植物堪称为“自动的空气净化器”，能吸收二氧化碳和放出氧气，这是地球上所有动物和人类赖以生存的基本前提，因而有些园艺爱好者习惯于夜晚临睡前在自己的卧室内摆放较多的绿色盆景，以提高室内氧气的含量。

你认为这种做法是否恰当？为什么？请利用下面提供的实验材料和用具设计一个简单的实验来证明你的观点。

实验材料和用具：校园内的桂花树、广口瓶、火柴、纸张。

在阅读题目时，在我们的脑海中一定会浮现这样一幅画面：
夜晚，在一间较为封闭的卧室内，摆放着很多绿色盆景，室内没有灯光，一名园艺爱好者正在睡觉。

此时室内的氧气含量是否一定比不放绿色盆景时高呢？要想回答这一问题，必须进行对比实验，测定两种情况（放绿色盆景和不放绿色盆景）下的氧气含量。

然而在真实场景下进行直接实验不易控制实验条件，得到的结果没有说服力。

因此，我们只能利用题目提供的实验材料和用具，做一个模拟实验，根据模拟实验的结果回答问题。

那么，该怎样进行这个模拟实验呢？
（一）选择和建立研究对象（原型）的模型
无论是直接实验还是模拟实验，实验之前都要明确实验目的和实验原理，配齐实验仪器和设备等。

除此之外，模拟实验还有一个重要步骤，那就是要选择原型，然后依据原型的特点，按照相似性原理并运用类比推理法选择或建造与原型在结构上相似或功能上相似的事物作为实验模型，在此基础上再对模型进行实验。

建立科学和正确的模型，这是进行模拟实验的基础，是实验成败的关键，这也是由模拟实验的特点所决定的。

上述实验所呈现出的画面就是本实验的原型，我们要根据原型建立模型：
根据题目提供的材料用具，可以用一个封闭的广口瓶来模拟园艺爱好者的卧室；但不能用整棵桂花树来模拟园艺爱好者的盆景，因
为广口瓶太小，容不下整棵桂花树，看来要用活的桂花树的树叶来模拟画面中的盆景；题目中没有实验动物可以用来模拟园艺爱好者，只能用纸张的燃烧情况来检验氧气的含量变化。

一个封闭的广口瓶，瓶内放入一些新鲜的桂花树叶片，用燃烧的纸张来检验氧气的含量，研究对象的模型就这样建立起来了。

由于要进行对比实验，所以还要有一个相同的装置，并放入与装置一中同样多、大小相同的晒干的桂花树叶片，以便进行对照。

（二）将模型置于与原型相似的条件下进行实验
严格控制实验条件，要让模型与原型所处的实验条件尽可能相同或相似，只有这样，才能把从模型上获取的信息可靠地、有效地类推到原型上去。

例题中的原型是在黑暗的卧室中，没有灯光，因此我们要把两个装置（即模型）放在暗处大约24小时。

（三）将模拟实验的结果类推到原型上
观察实验现象，根据实验结果分析并得出实验结论，这是科学实验的几个重要步骤。

但对于模拟实验而有，在结果处理阶段，除了要对模型实验的结果进行分析、处理之外，还要将模型实验的结果类推到原型上去。

上题的实验结果是：将纸张制成可点燃的纸棒，24小时后，用火柴点燃纸棒，分别伸入两个广口瓶中，装置1中的纸棒很快熄灭，装置2中的纸棒能燃烧较长时间。

实验表明：装置1中的氧气含量低，而装置2中的氧气含量较高。

由于模型与原型具有相似性，并且模型所处的条件与原型所处的条件基本相同，因此，我们可以把模拟实验的结果类推到原型上，得出结论，即夜晚临睡前，园艺爱好者在白己的卧室内摆放较多的绿色盆景，室内氧气的含量不仅不会提高，反而会下降。

究其原因，是由于在黑暗的卧室内，绿色植物不能进行光合作用制造氧气，但此时植物细胞仍要进行有氧呼吸消耗室内氧气，致使室内氧气含量下降。

因此，园艺爱好者的做法是不恰当的。

通过上述模拟实验，我们解决了看似复杂的实际问题。

三、模拟实验在科学教学中的作用
（一）利用模拟实验培养学生的科学思维能力和科学探究能力
随着教育改革的不断深入及新课程标准的逐步实施，对学生的科学素养和科学探究能力的培养被摆在了日益重要的位置。

如模拟“噪声污染及其控制”实验，其实是在模拟噪声污染对人类造成哪些严重危害，通过该实验既能增强学生的环境保护意识，又可以培养学生的科学探究能力，提高他们的科学素养。

在学生实验中增添了模拟实验或让学生制作模型，这在以前是从来没有过的。

这些模拟实验或模拟原型建立模型的实验，对训练学生的科学思维能力和培养学生的科学探究能力是十分有用的。

（二）利用模拟实验突破教学难点
在教学过程中，对于一些难点知识，有时可以通过一个简单的模拟实验加以突破。

例如，在“水的组成”一节中，学生普遍认为“一个水分子是由
两个氢原子和一个氧子构成”这个概念较抽象、较难理解。

为了突破教学难点，我设计了一个简单的模拟实验：取两个不同颜色橡皮泥，把其中一个橡皮泥做成一个较大橡皮泥球来表示氧原子，把另一个橡皮泥做成两个较小橡皮泥球来表示氢原子，然后把他们粘在一起来表示一个水分子模型，接着把他们拆开再重新组合这一过程来表示电解水的过程。

通过这个模拟实验，学生才真正理解并掌握了这个概念，难点因此而突破。

（三）通过模拟实验及模型的制作，培养学生的创新能力
创新能力是一个人根据当前的知识和经验，加工、处理并有机迁移或整合，创造出新知识或新技术的能力。

创新能力分为知识创新和技术创新，在初中科学教学中应该充分利用模拟实验及构建模型的机会来培养学生的创造能力。

如制作潜水艇浮沉模拟实验时，可就如下问题进行个性化的讨论：1、制作模型的选材还可以有哪些？
2、物体沉浮条件与哪些因素关？
3、物体沉浮条件还有哪些应用？通过上述问题可以使学生在制作潜水艇浮沉模型实验时，加深对物体沉浮条件的理解，又激发学生学习兴趣。

同时，制作的过程，也是学生根据自己所获取的知识进行创新的过程。

综上所述，无论是进行科学研究，还是进行初中科学教学，模拟实验都是一种非常有用的研究方法。

在教学过程中，如果能够适当运用，对突破教学难点，对提高学生学习兴趣，对培养学生的科学探究能力、科学思维能力和科学实践能力将会起到积极的推动作用。

参考文献
[1]潘宝平.张富国.生物新课程与学科素质培养[m].北京：中国纺织出版社
[2]郑晓蕙.生物课程与教学论[m].浙江教育出社
[3]胡继飞.郑晓蕙.生物学教育心理学[m].广州：广东高等教育出版社。