改變世界的科學實驗范文
時間：2024-02-23 17:44:11
導語：如何才能寫好一篇改變世界的科學實驗，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
1月18日，我國發射的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”圓滿完成了4個月的在軌測試任務，正式交付用戶單位使用。中國科學技術大學、中科院微小衛星創新研究院、西安衛星測控中心、中科院國家空間科學中心等單位相關領導在交付使用證書上簽字。
那么，咱們來了解一下，“墨子號”到底有多牛。
世界上第一顆空間量子科學實驗衛星
“墨子號”是由我國完全自主研制的世界上第一顆空間量子科學實驗衛星，于2016年8月16日發射升空。該衛星從科學概念的提出到關鍵技術突破，從有效載荷研制到科學成果的產出，由中國科學院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心主導完成。 “墨子號”量子科學實驗衛星掠過阿里量子隱形傳態實驗平臺上空（2016年12月9日攝。）
面對在國際上首次開展空間尺度量子科學實驗這一全新的領域，從2003年開始，中國科學技術大學和中科院上海技術物理研究所、中科院微小衛星創新研究院、中科院光電技術研究所、國家天文臺、國家空間科學中心等單位的研究人員經過長達10余年的協同攻關，創新性地突破了包括星地量子信道、空間單光子探測、高亮度空間量子糾纏光源等多項國際領先的關鍵技術，確保了衛星的成功研制，為各項科學實驗任務的順利開展奠定了堅實的技術基礎。
星地量子保密通信，千公里級量子糾纏分發
“墨子號”的主要應用目標是通過衛星和地面站之間的量子密鑰分發，實現星地量子保密通信，并通過衛星中轉實現可覆蓋全球的量子保密通信。“墨子號”可以在千公里外的外太空以10kbps的速率給地面站分發量子密鑰，比地面同距離光纖量子通信水平提高了15個數量級以上。該項技術突破不僅使得我國具備了對光纖無法覆蓋的地^――如我國的南海諸島、駐外使領館、遠洋艦艇等――直接提供高安全等級量子通信保障的能力，并為我國未來構建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網絡提供可靠的技術支撐。
“墨子號”的另一前沿研究目標是在量子物理基本問題檢驗領域：即通過千公里量級的量子糾纏分發，首次在空間尺度檢驗量子力學的非定域性，并利用量子糾纏在地面和衛星之間實現量子隱形傳態。通過“墨子號”的星地糾纏分發，我們能夠在相距1200公里以上的兩個地面站之間以1對/秒的速度建立起量子糾纏，將使得人類首次具有在空間尺度開展量子科學實驗的能力，并為未來在外太空開展廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的檢驗做好了堅實的技術準備，成為我國在基礎物理學領域對世界的又一重要貢獻。
測試階段性能卓越，超過系統指標要求
量子科學實驗衛星在軌測試階段全面完成了衛星平臺測試、有效載荷自測試和天地一體化鏈路測試，衛星平臺和有效載荷工作一切正常，成功構建了星地單向、星地雙向、地星單向量子信道，系統信道效率、時間同步精度、跟蹤瞄準精度均超過系統指標要求，可以滿足空間量子科學實驗的要求。
在交付儀式前，量子科學實驗衛星工程常務副總師王建宇研究員向與會領導和專家做了衛星在軌測試總結報告，并表示量子衛星已經在世界上首次建立了天地一體化量子通信實驗測試平臺，具備了開展空間量子科學實驗的條件。量子科學實驗衛星首席科學家潘建偉院士代表科學研究團隊做了量子衛星壽命期工作安排報告。據潘建偉介紹，目前研究團隊正在有條不紊地開展相關科學實驗工作，已獲取了初步的實驗數據。研究團隊對順利完成星地量子密鑰分發實驗、廣域量子密鑰應用演示實驗、星地雙向量子糾纏及地星量子隱形傳態實驗全部預先設定的科學實驗任務充滿信心。
篇2
8月16日1時40分，備受矚目的以“墨子號”命名的全球首顆量子科學實驗衛星在酒泉成功發射升空?！澳犹枴绷孔有l星成為浩瀚夜空中最亮的“星”，開啟為期兩年的太空科學旅程。
星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及地星量子隱形傳態等多項科學實驗任務是“墨子號”量子衛星的主要任務。業內人士指出，此次發射任務的圓滿成功，將使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。有媒體稱，在這場“特殊的太空競賽”中，中國“邁出了一大步”。
科學之路任重道遠，量子世界迷霧重重，“第一顆量子衛星”的頭銜來之不易。從最初的研制到發射，量子衛星承載了太多關注的目光與期許。那么，這顆舉世矚目的“新星”到底有多牛？技術實現難度又有多高？
信息安全的“終極武器”
量子科學對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。
在物理王國里，量子理論是一個“百歲的幽靈”，愛因斯坦也曾被它的“詭異”所困擾。在量子世界中，一個物體可以同時處在多個位置，一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態上;所有物體都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波;兩個處于“糾纏態”的粒子，即使相距遙遠也具有“心電感應”，一個發生變化，另一個會瞬時發生相應改變……
正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性，才構成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺并規避。
“傳統的信息安全都依賴于復雜的算法，只要計算能力足夠強大，再復雜的保密算法都能被破解。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的，計算能力再強也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問題?！绷孔涌茖W實驗衛星首席科學家潘建偉院士說。
潘建偉形象地比喻，量子通信的基本特征就是利用微光世界的最小單元，比如15瓦的燈泡，每秒都會發射一些能量，如果用放大鏡來看它是由小顆粒組成，大概每秒鐘可以釋放百億個小顆粒。如果在量子通信中將這種小顆粒用來做信號，就不能被分割成半個小顆粒，就像水分子一樣，不能分成1/2個水分子。
量子保密通信能從三個方面保障信息安全。第一，發送者和接收者之間的信息交互是安全的，不會被竊聽或盜取。第二，“主仆”身份能自動確認，只有“主人”才能使喚“仆人”，而其他人無法指揮“仆人”。第三，一旦發送者和接收者之間的傳遞口令被惡意篡改，使用者會立刻知曉，從而重新發送和接收指令。
“四種武器”挑戰四大實驗任務
8月17日，中科院遙感與數字地球研究所所屬中國遙感衛星地面站密云站，在第二十三圈次成功跟蹤、接收到了量子衛星“墨子號”的首軌數據?！澳犹枴笔总壢蝿諘r長約7分鐘，接收到的數據量約為202MB，經驗證，衛星數據質量良好。
據悉，“墨子號”量子衛星上搭載了自主研發的“四種武器”：量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。同時，在地面建設了科學應用系統，包括1個中心――合肥量子科學實驗中心;4個站――南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站;1個平臺――阿里量子隱形傳態實驗平臺。
這顆量子衛星的壽命為兩年，將完成四大任務：星地高速量子密鑰分發實驗、廣域量子通信網絡實驗、星地量子糾纏分發實驗和地星量子隱形傳態實驗。
潘建偉介紹，實驗大致分為三類：第一類是進行衛星和地面之間的量子密鑰分發，實現天地之間的安全通信;第二類相當于把量子實驗室搬到太空，在空間尺度檢驗量子理論;第三類是實現衛星和地面千公里量級的量子態隱形傳輸。
但要完成“作業”并不輕松。目前，國際上還沒有一個國家將量子科學實驗送入空間，量子衛星的研制沒有任何經驗可循，過程充滿了困難和挑戰。 科研人員模擬地面望遠鏡向量子衛星發射信標光（新華社 劉坤 攝） 在酒泉衛星發射中心，量子科學實驗衛星在與運載火箭適配器對接（圖/新華社）
天地一體化連通：
從太空向地面存錢罐扔硬幣
在量子通信中，最大的難點在于如何實現天地一體化的量子聯通。這就好比在太空往地面的一個存錢罐里扔硬幣，需要準確地將硬幣投擲于儲蓄罐的狹小入口。如果出現一點偏差，信息的傳遞便會功虧一簣。
“量子的編碼就像計算機編碼0101一樣，有正負、垂直、水平等不同狀態，要把量子的偏振方向檢測出來，才能變成密碼?！绷孔涌茖W實驗衛星常務副總設計師、衛星總指揮王建宇介紹，量子里面有兩組狀態，一組是正交的，一組是傾斜45度的，所以，一共有四個不同的偏正狀態。
不僅如此，地面上的“存錢罐”（接收裝置）和天空中的“投擲者”（量子衛星）也不安分，它們都在不停地旋轉運動。
“這就是瞄準和檢測偏正的最大難度所在，我們要在雙方都處于運動狀態的情況下完成信息傳遞?！蓖踅ㄓ顝娬{，稍微對不上都不行，如果這樣，地面上收到的就是誤碼。
據王建宇介紹，一旦誤碼率高于3.5%，信息傳輸就沒有意義。“3.5%是個底線，通常我們會把誤碼率控制在1%至2%之間?！?/p>
探測器靈敏度：
在地球上看到月球的火柴光
如果說從太空向地面存錢罐扔硬幣已經讓人咋舌，那接下來的技術則更讓人驚嘆。
量子衛星采用的是單光子探測器，目的是實現對每一個光子的捕捉。這是一個什么概念？
“一個60瓦的燈泡每秒發射的光子數大約是1021，而一根火柴的最大光亮大約是3瓦至5瓦?！蓖踅ㄓ钫f，量子衛星探測器靈敏度相當于在月球上點根火柴，我們在地球上用望遠鏡可以看到它的亮光。
如果考慮到火柴點燃后光的擴散效應，其觀測難度可想而知?！疤綔y器的靈敏度必須達到這種程度，才能捕獲來自太空中的一顆顆光子。否則，天上的量子衛星就沒有存在的意義了。”王建宇說。
時間同步設置：
一秒鐘給一億個光子排排隊
在太空中，量子衛星每秒鐘大約向地面發射一億個光子，需要地面接收裝置對所有光子進行接收。然而，這個接收過程并非來者不拒，而是要講究先來后到。
“我們必須知道每個光子是第幾個發出來，信息傳遞要求發送端和接收端能對得上，要有一個完整的序列?！蓖踅ㄓ钫f。
將光子們一一對接的辦法就是時間同步?！拔覀儸F在的接收頻率能做到一個納秒，也就是在一秒鐘之內，把一億個光子全都排列好?！蓖踅ㄓ罱榻B。
為何取名為 “墨子”
對于很多人來說，量子科學非常神秘，而世界首顆量子科學實驗衛星命名為“墨子號”也讓很多人迷惑不解――墨子不是先秦諸子百家中墨家的創始人嗎，他跟量子有什么關系？
“墨子號”之得名，是為了紀念墨子在早期物理光學方面的成就，他最早提出過光線沿直線傳播的觀點，進行了小孔成像實驗?！瓣P于這顆衛星的命名，我們考慮了好久?！迸私▊フf，最終命名為“墨子號”，緣起于已故著名教育家、中國科學技術大學教授錢臨照。
錢臨照作為老一輩光學、科技史研究者，早年對墨家經典著作《墨經》有過深入研究，他對《墨經》的研究發現被英國學者李約瑟獲悉，后者對此驚嘆不已。錢臨照發現《墨經》中有不少與現代科學知識相通的記載，比如墨子在《墨經》中提出的“光學八條”。
“墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學的基礎?！迸私▊フf，墨子在兩千多年前就發現了光線沿直線傳播，并設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。
墨子的貢獻還遠不止于此，用一代宗師、中國思想史研究專家楊向奎先生的話來說：“墨子在自然學上的成就，絕不低于古希臘的科學家和哲學家，甚至高于他們。他個人的成就就等于整個希臘?！?/p>
“就像國外有伽利略衛星、開普勒望遠鏡一樣，以中國古代偉大科學先賢的名字來命名全球首顆量子衛星，將提升我國的文化自信?！迸私▊フf。
“量子星群”引領量子互聯網時代
據專家介紹，量子衛星發射后，天地一體化量子科學實驗系統將投入正式運行，而“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網工程預計今年下半年交付。 在酒泉衛星發射中心，星罩組合體在轉運至發射塔架（圖/中科院微小衛星創新研究院）
“大規模推廣量子通信應用后，將極大提高人們信息傳輸的私密性和安全性?！迸私▊フf，建好“量子互聯網”后，人們不用再擔心任何信息泄露，從而避免惡意攻擊和欺詐行為。
信息安全從根本上需要解決的就是傳輸內容不被別人知道、保證接收者是和發送者對話，以及信息不被篡改。潘建偉說，僅僅發射一顆衛星是不夠的，只有形成星座才能建構起網絡，而且需要地面配置相應基礎設施，確保網絡聯接到千家萬戶。
篇3
短短幾十分鐘，丁肇中用5個科學研究故事，以及總結的五個科研體會貫穿了整個演講。生動有趣的語言引來陣陣掌聲，讓現場聽眾受益匪淺，懂得了做任何事情都要有勤奮工作、勇于探索的精神。
第一個故事：測量電子的半徑。**年前，有理論稱電子是沒有半徑的。**年，哈佛大學和康奈爾大學的專家們證明電子有半徑。剛拿到博士學位的丁肇中決定重復這個實驗。**年，在德國他用不同的方法重做了這個實驗，發現電子的半徑確實小到不可測量。
體會：對于一個做科學的人，不要盲從專家的結論。
第二個故事：新粒子家族的發現。上世紀70年代，人們已知的基本粒子已經有幾百個，可以歸結為由三種夸克所組成。為了尋找新夸克，丁肇中建立了一個高靈敏度的探測器，目的是尋求新粒子。這個實驗不受物理學家們的歡迎，都認為這個實驗是沒有意義。同時，他們也認為世界上沒有人能做出這樣困難的實驗。到了**年，丁肇中終于在美國紐約的布魯克海文國家實驗室完成實驗后，發現了新的粒子。新粒子的發現，改變了世界上只有三種夸克的觀念，改變了人類對物質基本結構的認識。
體會：做基礎研究，要對自己有信心，做你認為正確的事，不要因為大多數人的反對而改變。
第三個故事：膠子的發現。在上世紀70年代，人們都知道，原子核里面有夸克，那夸克里面的力量是怎樣傳輸的呢？理論上說是由膠子來傳輸的。實驗的結果表明，膠子果然存在。這就很快、很簡單地把一個很重要的物理現象發現了。這次實驗中，有27名中國科學家參加了主要實驗，中國是第一次在科學實驗的國際合作研究史上作出重大貢獻。
體會：做科學，要對意外現象有充分的準備。因為此次實驗的原有目標是測量電子，根本沒有想到會發現膠子。
第四個故事：重視國際科學合作。我們知道宇宙是由類電子組成的，到底有多少種夸克？夸克有多大？夸克能不能分成更小的粒子？為了做這個實驗，過去幾十年里丁肇中一直在西歐核子中心工作。這是一個國際合作，有美、韓、中、印等20多所大學、600余名科學家參加實驗，約50個研究室。這個實驗得到了中國政府的支持。目前發現，宇宙中只有三種不同的電子。
體會：主持和領導一個大的國際活動，最重要的是要選科學上重要的題目，引起參加國的科學家的最大的興趣，只有這樣才能得到參加國政府的長期優先支持。
篇4
一、精心準備――明確目標，分層實施
1.明確目的，計劃周密
實驗目的明確與否關乎實驗效果的好壞。在備課環節，一方面，要明確引導學生觀察什么；另一方面，要擬定周密的實驗方案，要求盡可能地預見被觀察現象的各個方面，做到有目的、有步驟地觀察。如，蛋白質燃燒的實驗，在實驗之前筆者告訴學生：聞――在燃燒過程中聞到了什么氣味；看――什么顏色的煙。還要求學生把全部的窗戶和門關上，讓燒焦的羽毛味充斥著教室的每個角落。在實踐之后的描述環節，學生都沒有錯過稍縱即逝的重要環節。
2.分層設疑，層層落實
學生是教學的主體，實驗教學的設計目標首先要基于對學生的分析。因此，備課要立足每一位學生現有的知識與技能，結合課程標準，分層次，分步到位，讓學生有一個逐級攀越的過程和攀越成功后的喜悅。如，在實驗設疑時要考慮到學生層次：A層（學生能基本掌握《科學課程標準》所規定的內容，課后及時復習，遇到疑難問題及時詢問）；B層（學生能掌握《科學課程標準》所規定的內容，能正確掌握所學內容，能力方面有所提高，勤于思考，成績較好）；C層（學生能熟練地掌握知識并能歸納總結，運用所學知識聯系實際解決具體問題，能力上進步明顯）。
二、走進課堂――實驗演示，媒體演示
1.增強體驗教學
（1）重視演示實驗。課堂演示實驗可以啟發創設情境，激發興趣，它是教師組織課堂教學必不可少的手段。因此，設計演示實驗要充分利用視覺、聽覺吸引學生的注意，通過它獲得豐富而具體的感性認識，從而啟發思維。如，《大氣壓強》教學，筆者就分組進行學生實驗，讓學生自主選擇實驗器材，動手設計、操作，進行實驗探究。各組選擇不同的器材：玻璃管、吸管、塑料杯、針筒、玻璃板、牛奶、吸盤掛鉤等。然后各組代表上臺實驗展示：①吸盤掛鉤能吸附在玻璃板上。②針筒能吸進水，并且吸進水后水不會流出來。③用吸管吸牛奶，吸完后牛奶包裝盒變癟。④塑料杯裝水，蓋上紙板，倒過來，紙板不會掉下來。⑤兩個吸盤掛鉤相互擠壓后再拉開很費力。⑥用嘴貼著塑料杯吸氣，塑料杯吸附著不掉下來……
（2）增加實驗的趣味性。科學實驗是激發和保持學生學習興趣的重要手段。在教學過程中，若能精心設計演示實驗，改變傳統實驗過于“嚴肅”的面貌，創設生動活潑的學習環境，就能激發學生強烈的興趣，收到喜出望外的效果。
（3）激發學生創新意識。新《科學課程標準》中指出：科學實驗要體現學生的自主性和探究性。因此，在教學過程中教師要精心設計各種探究性實驗，促使學生主動學習，逐步學會探究。
如，“水與酒精混合”實驗，通過“水與酒精混合后體積變小了”這個事實，說明分子之間是有一定空隙的。那么，如何將實驗設計成一個探究性實驗活動，以充分調動學生學習的主動性呢？筆者的考慮：①引導學生進行預測，使學生根據已有的生活經驗和知識，對可能出現的情況，大膽地進行猜想與假設。②引導學生“設計實驗”，大膽地進行猜想并按照“實驗條件的控制方法”進行設計，如讓50mL水分別與50mL水、酒精混合；讓50mL酒精分別與50mL水和50mL酒精混合。③對所設計的實驗加以實施，“進行實驗”“收集證據”，在這里應該是對混合前后物質體積進行測量、記錄。④對所收集的事實和證據進行整理和加工。⑤引導學生對探究的問題進行“解釋”并“得出結論”。
2.“小插曲”提升教學功能
實驗教學注重的是客觀事實的呈現，實驗的實施過程會有一些小插曲，有時還會出現失敗的實驗。此時，教師應從諸多因素引導和啟發學生，尋找原因，收到意外的科學成果。
如，八年級《科學》下冊第二章第五節的《二氧化碳》。筆者讓學生分組探索二氧化碳的性質。實驗都比較順利，完成后，相互交流。請每個小組派代表來報告實驗結果，報告了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁這一性質。筆者表揚了一下，然后繼續問：“你們還有其他發現嗎？”
這時，一位學生舉起了手，筆者點頭示意他發言。他站起來說：“老師，我往澄清石灰水中通入二氧化碳時，現象和他說的不一樣?！?/p>
“哦？”筆者有點意外，笑了一下：“是嗎？你說說看?！?/p>
“我把二氧化碳通入澄清石灰水，澄清石灰水是變渾濁了，可過一會兒石灰水又變澄清了?！?/p>
經過課堂研討，一位學生舉手站起來說：“我想是這樣的，二氧化碳一開始和澄清石灰水反應，生成了不溶于水的白色物質。這時，如果不停止實驗，繼續通二氧化碳，繼續通入的二氧化碳就和生成的白色物質反應了，把它反應掉了，生成的物質應該是溶于水的?！?/p>
學生紛紛點頭表示贊同，鼓掌。
3.運用多媒體增強實驗教學效果
有些實驗，如種子發芽到開花結果，由于跨越的時間較長，一節課很難完成。如果運用錄像快放，并將不同的生長特征點播放給學生看，這樣聯播的分鏡頭，就使學生有整體性的了解，有一個完整的認識。
很多學生很想深入物質內部剖析問題，但由于實驗設備和操作技術的限制，學生難以觀察到微觀世界的現象。而利用多媒體的Flash虛擬演示，就能讓同學看到細微的結構，如酸堿鹽的電離現象、花粉的構造等，了解微觀世界的秘密。
有些實驗實際操作不僅危險，且難度較大。例如，一氧化碳還原氧化銅。實驗中，一氧化碳有毒，而且不純會引起爆炸，利用多媒體手段演示，它與真實實驗幾乎一樣，既安全也不會污染環境。這種虛擬實驗還可以重復操作，節約資源，避免真實實驗帶來的危險。
三、引領實踐活動――帶好興趣小組
1.興趣小組活動設計
課后興趣小組活動是對課堂知識的有益補充，為學生提供了思考、動手實踐的廣闊天地，能激發學生的靈感，點燃猜想的火花。實驗教師應起到指導輔導作用，避免學生無所適從。當然，教師不可包辦代替，應讓學生經歷適當的挫折，從而總結教訓，激發學生的主體創造性，體驗成功的喜悅。興趣小組活動要密切聯系實際，解決一些實際問題。
2.小制作活動設計
利用第二課堂，開展了小制作活動。學生自制量筒、密度計、彈簧秤、潛望鏡等。讓學生自選實驗器材，設計實驗方案，如用多種方法測定液體的密度，學生利用實驗器材設計出了五種方法，且動手完成了實驗和實驗報告。這些小制作、小實驗的實施過程就是對知識的再學習過程，并由此達到升華知識、提高能力的目的。
四、進行科學實驗有效性教學的反思和體會
1.新的教材必須有與之配套的實驗設備
實驗材料要為有效教學提供支撐。教師要提供讓學生有效操作的材料，明確究竟選什么材料最合適。
2.實驗操作要保證學生的有效思考
教師要給予一定的引導，適時設疑，讓學生在整個過程帶著疑問去探究。避免現實的課堂教學中出現學生動手很興奮，很熱鬧，有時似乎也很投入，可是討論實驗現象的時候，卻冷冷清清，前后形成鮮明對比的現象。
篇5
【關鍵詞】虛擬實驗 虛擬現實 計算機仿真
【中圖分類號】TP391.9 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）01－0105－02
隨著電子技術高速發展，新器件、新電路不斷涌現，普通實驗室的更新速度無法跟上技術的發展。此外普通實驗室涉及儀器調試、管理、易損壞等問題。在實驗時間和一些損耗性大的實驗項目上對學生限制過死。同樣，遠程教育學員一般都要在規定的時間到指定的學校集中完成實驗項目，技能培養質量無法保證。院校必須考慮如何跟上實驗的時代性和先進性，創設實驗內容豐富、訓練操作扎實、不受時空限制的開放性實驗環境。近年來，由于虛擬儀器、仿真技術和網絡技術的飛速發展，構建虛擬實驗室將會成為一種經濟、高效的首選方案。
一、虛擬實驗的概念及發展狀況
1．虛擬實驗的概念
虛擬實驗是借助多媒體、仿真以及虛擬現實（Virtual Reality，英文縮寫VR）技術而產生和發展的一種實驗模式，它起源于20 世紀末，是以計算機為控制中心，利用軟件技術構建系統的邏輯結構模型，協調相關硬件設備技術形成虛擬實驗系統，并通過計算機網絡形成虛擬實驗系統網絡化，這樣就可以讓學生通過計算機操作，像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。它是計算機技術、虛擬現實技術、人機交互技術結合的產物，也是教育領域應用信息技術的一種創新。虛擬實驗一般是通過虛擬實驗室而進行的。虛擬實驗室是由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等，可以是某一現實實驗室的真實實現，也可以是虛擬構想成的實驗室。
2．虛擬實驗的發展現狀
虛擬實驗是虛擬現實在教育重要應用領域，并逐步成為科學實驗和科學研究中強有力的工具。虛擬實驗是科學實驗領域中較為年輕的分支，其發展過程大致經歷了三個階段：
（1）思維模型與邏輯分析階段。該階段以科學實驗為基礎，以邏輯推理為根據，在思想中塑造實驗模型的實驗方式。
（2）計算機仿真階段。20世紀60年代到80年代，其是以系統數學模型為基礎，在一定假設條件下利用計算機對實驗對象的數學模型進行的信息處理過程。
（3）虛擬現實階段。20世紀80年代至今，其是以虛擬現實技術為基礎，通過模擬人與周圍真實環境交互方式而建立的觀察界面進行實驗的過程。虛擬實驗從形象化思維到數字化分析再到直觀的虛擬現實階段的過程中，計算機的產生與應用為虛擬實驗注入了新的活力，改革了傳統的實驗方法，擴大了認識領域，使虛擬實驗變得普遍，應用得更加廣泛。
3．虛擬實驗的特征
虛擬實驗與虛擬技術一樣，具有以下三個基本特征：
（1）交互性。交互性是指用戶對虛擬實驗環境內對象的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度（包括實時性）。虛擬實驗環境更能強調人與虛擬世界間的自然交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤和鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔和數據手套等傳感設備進行交互。
（2）沉浸性。沉浸性是指虛擬現實技術能使用戶感到自己處于虛擬實驗環境中，成為其中的一員，由觀察者變為參與者，沉浸于其中并參與虛擬實驗的活動，即身臨其境。使用者在虛擬實驗環境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。沉浸虛擬現實運用計算機、多媒體與仿真技術等現代科學技術，營造與客觀世界高度類似的虛擬環境，使人具有一種身臨其境的感覺。虛擬現實模式在現實世界數據建模的基礎上，采用三維圖形來表現虛擬世界，通過頭盔式顯示器或立體眼鏡等專用輔助設備觀察建模的三維物體，以獲得在平面顯示器上無法得到的物體深度、距離信息，并通過觀察不同的圖像，產生觀察視差，達到身臨其境的效果。
（3）想象性。想象性是指最大限度發揮人類的創造力和想象力。一方面，虛擬實驗的環境是人想象出來的，體現出設計者的思想；另一方面，用戶可從設計好的環境中得到感性和理性上的認識，進而深化概念，產生新意和想象，與設計者產生共鳴。
二、虛擬實驗在實驗教學中的意義
1．改變了傳統的實驗教學概念，為教育改革服務。
虛擬實驗技術的應用，要求教師必須改變實驗教學觀念，實現實驗教師由演示者向指導者、創新者的轉換。要求學生由模仿者向探求和創造者轉換，達到由培養經驗型人才向培養創造型人才的轉變。要求教師善于運用實驗教學策略，鼓勵學生將自主設計、自主探索與協作實驗研究相結合。
2．引進最新的科學技術，滿足面向信息社會的需求。
虛擬實驗技術是一種先進的學習工具，是多學科技術發展的綜合，代表著當前學科技術的發展水平。隨著水平的不斷提高，虛擬實驗技術將不再是純虛擬環境。很多軟件都能和互聯網連接，和實際的實驗設備連接，實現遠程實驗，實現軟件對實驗的控制和對實驗數據的處理和分析。要使用計算機來進行實驗并對實驗數據進行處理，學生只有掌握這種先進的學習技能，才能更好地學習和工作。
3．節省實驗經費，豐富實驗資源。
利用虛擬現實系統，可以彌補因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的不足，豐富實驗資源，使學生可以做一些危險或危害人體的實驗。虛擬實驗環境可以獲得與真實實驗一樣的體會，豐富了學生感性認識，加深對教學內容的理解。
4．實驗教學手段多樣化
虛擬實驗的出現，為實驗教學改革提供了條件，教師可以采取靈活的教學方法，實行個性化教學。通過網絡虛擬實驗教學，學生可以靈活控制學習時間，不受實驗室關閉和開放的影響，不受書本的約束，自主地選擇自己所需的實驗內容。同時，實驗考核也可多樣化，通過網絡考核與實際考核相結合，更能真實評價學生的能力。利用虛擬實驗遠程系統，將實驗設備、教學內容（包括理論教學）、教師輔導和學習者的思考、實驗操作等融為一體，克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的因素。教師可以上網組織各種實時或非實時的分布式教學、回答學生問題、批改實驗報告。學生可通過上網接受教師指導、完成各項實驗內容、提交實驗報告。
5．更利于培養學習興趣與能力
由于虛擬實驗利用多媒體技術來模擬真實實驗環境，使得整個實驗過程具有游戲的特點，將群體式學習、協作式學習、競賽式學習的模式靈活應用，可以激發學生濃厚的學習興趣。其次，在虛擬實驗中，學生可以很方便地通過改變實驗參數分析不同的實驗結果。這有利于培養學生的科學意識和創新精神?？傊壳疤摂M實驗技術還處在發展、起步階段，但在實驗教學過程中已經發揮了巨大的作用。它不僅彌補實驗設備缺乏和條件的限制，而且極大提高了學生對知識的需求和探索的積極性，提高了實驗教學效果。同時，通過虛擬實驗技術把抽象的、難以直接用一般自然手段表現的形象直觀地表現出來，有助于加快認識客觀世界的規律，提高實驗教學的先進性。
三、虛擬實驗發展趨勢
1．實現技術上必將形成多種技術相融合，優勢互補的局面。
使用某個單一技術構建網絡虛擬實驗系統，在某些方面有優勢，在另一方面必然存在不足。因此，將多個技術相融合開發優勢互補，對構建一個好的虛擬實驗系統顯得十分重要。當然也要考慮應用實際，即技術使用的成本效益和技術的友好程度，選擇合適的開發技術。
2．完善分布式和協作虛擬實驗的功能
與同伴合作是實驗過程中一個至關重要的環節，因為科學實驗常常是種協作性的活動。國內虛擬實驗室在支持分布式協作科研方面的功能還需要大力完善。目前，大多數虛擬實驗室只是局限于一個學院、一個小型的局域網或一個學校的校園網，可以實現不同科研單位之間協作研究的實驗室并不多見。
3．自適應虛擬實驗室
自適應實驗即指能修正自己的特征以響應規則原理的變化，并根據學習者的學習過程生成一個反饋回路，為學習者提供一個自適應的獲取知識和技能的實驗學習環境。該系統的基本特征是能從環境中獲取信息并能自動改善其性能。
總之，虛擬實驗教學可以節約成本，突破實驗教學在時間和空間上的限制，提高學習者的自主性和創新性。虛擬實驗室增強并擴展了實驗教學的功能，以前所未有的方式將學生和實驗儀器聯系起來，為學生提供了一種嶄新的實驗方式。在使用虛擬實驗室的過程中，如果能把模擬的與真實的相比較，加強學習者之間的相互合作，并注重激發學習者的興趣、促使其進行探究，那必將會產生巨大的教育價值。
參考文獻
1 單美賢、李 藝.虛擬實驗原理與教學應用［M］.北京：教育科學出版社，2005
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一、學生分組實驗
學生分組實驗是真正所有學生和器材直接接觸的實驗，它有著無可替代的地位。同樣中考時也注重了對這方面的考察，特別是07年的試題中要求“簡要說明減少裝片中氣泡的做法”，如果沒有親自動手的經歷，是很難表達出來的。
分組實驗可以在實驗室，也可以把器材搬到課堂，要提高分組實驗的有效性，很重要一點在于增加實驗的探究性。
都說興趣是最好的老師，初中科學的分組實驗，基本上是安排在學習理論之后的驗證性實驗，有的學生興趣不是很濃厚，所以效果不是特別好。老師可以改變安排的順序，我個人運用最多的是在教第三冊電學時，基本上都是讓學生實驗之后再講理論。學生在實驗中興趣特別濃，對于實驗中出現的不理解的現象好奇心特別強，整體效果比較好。
二、演示實驗
相對于分組實驗，演示實驗在課堂中出現的機率更高。要提高演示實驗的效果，我認為要注意以下幾點。
1 明確實驗的目的。只有目的明確了，才能在演示實驗時有意識的加強實驗效果，并在實驗之前提醒學生要注意觀察什么。當然，有的時候故意不提醒學生，演示之后問他們看到哪些現象，哪些現象是我們更關注的，這從另一方面鍛煉他們的觀察能力和注意力，以及選擇有用信息與無用信息的判斷能力。
2 讓所有學生參與。演示實驗面對的是全體的學生，所以一方面盡量的讓學生協助完成，另一方面讓所有的學生都可以看到實驗現象和操作細節。所用的實驗器件要盡量大點，有的需要投影到屏幕上，有的實驗要老師拿著裝置走下去讓每位學生觀察。
3 增加實驗趣味性。一方面老師學習一點表演的技巧，象做很多化學的實驗制造一些氣氛，比如可以學習劉謙的語氣：見證奇跡的時刻；另一方面盡量增加實驗的效果，在選材時注意趣味性和夸張性。比如做桿杠演示實驗時，我選用一個長木棒，叫班上力氣最大的男學生和一個女學生，在力臂差異很大的情況下不公平競爭，效果不錯。
4 注意實驗的對照。象石蕊試液在酸性、堿性和中性情況下的顏色變化，沒有對照情況下很難區分。其他象澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁等雖然比較明顯，但如果有對照組實驗會更加直觀有效。另外象觀察有的物質的顏色，可以選用反差較大的背景色，從而增加實驗的效果。
5 縮短實驗的時間。課堂的時間比較緊張，很多老師往往為了演示實驗而不能完成本節課既定的任務，所以要在不影響實驗效果的前提下，盡量縮短實驗的時間。比如第四冊用白磷的燃燒來說明燃燒的條件，就應該直接用氧氣袋而不應該用制取氧氣的裝置一邊制取一邊通入水中。另外象做第一冊的熔化實驗時，應該選用熱水，而不能用冷水，還有要注意時間的統籌安排。
三、多媒體課件
隨著中小學現代教育技術的不斷推廣，多媒體課件在教學中的運用日益廣泛。尤其是科學課，教材上有的實驗幾乎都可以在網絡上找到。這些多媒體實驗大致可分為三類：1.實際操作演示錄像；2.模擬操作flash；3.仿真實驗室。對于多媒體課件的運用，我覺得要注意以下幾點：
1 多媒體實驗課件盡量不用。能自己演示的就不用課件。如果自己演示的效果已經比較好，也就沒必要做了演示實驗之后，再讓學生看一次課件。太頻繁的使用課件，而不是自己動手演示，會降低學生學習科學的興趣；并養成教師的惰性，和教師自身動手能力的下降，也不利于學生的動手能力培養；甚至對樹立教師在學生面前的威信，也有一定的影響。
2 多媒體適用的情況主要有以下幾個方面：有危險性的實驗或學校缺少設備，比如金屬鈉在氯氣中燃燒；一些效果很差的實驗；和沒辦法做的實驗，比如原子、原子核、電子等微觀世界；地球演化等虛擬世界；磁場等抽象世界；沒有摩擦等理想化世界。多媒體可以讓抽象變直觀，讓微觀變可見，也可以讓一個本來要幾天才能逐漸完成的實驗，濃縮在一兩分鐘內呈現，比如硫酸銅晶體的生長。
3 多媒體課件的一大優點是可再現。這一點尤其是在總復習的時候，可將相關的實驗課件整理、組合，并根據中考實驗題型的形式和要求，針對每個演示實驗都從實驗現象描述、實驗現象分析、實驗結果和結論的得出等幾個方面設計相關的問題。利用這一課件組織學生通過課堂教學和課外上機自學兩種方式，讓學生一邊觀察或操作實驗，一邊完成實驗問題解答，進而鞏固和掌握了這些演示實驗。
4 多媒體的另一大特點是理想化。對一些實際效果不大好的實驗，或者是成功率較低的實驗。師生可以在實際操作之后，對照著多媒體，做個比較。一起分析為什么實際演示的效果不好，或者為什么實驗失敗，從而讓效果不好的實驗也起到它的價值，也讓學生體驗實事求是的科學精神。
四、拓展和思考
無論是哪種方式的實驗，老師自身要明確實驗的原理和實驗時的關鍵點、注意點和可能的危險所在。在分析實驗原理的時候，特別要注意實驗中的兩大科學方法：控制變量法和轉換法。即自變量要控制不同，無關的變量要控制相同，并且都是有效的；有時自變量和應變量又是轉換為哪個可觀察的變量，比如做影響動能大小的因素實驗時，需要讓學生明確實驗中把自變量速度轉換為高度，把應變量動能的大小轉換為小車推動的距離。
在明確了實驗原理的基礎上，可以對課本上的實驗進行修改和拓展。尤其是農村中學器材和藥品比較缺乏，修改后可以完成更多的實驗，并更深刻的理解該實驗的本質。
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1.學生缺乏科學學習的觀念
感受著臨近中考的緊張氛圍，面對老師、家長對自己進入名牌高中的期許，學習負擔過重的初中生們，放棄了了解科學的機會，專注于提高考試成績。他們的頭腦中充斥著無盡的數學公式、英語語法、語文篇章，科學知識難有一席之地。
2.教師本身沒有樹立正確的科學教學觀
初級中學多數的科學老師不能準確引導學生對科學的認識。面對學生備考的忙碌身影，老師們不愿再增加他們的負擔，科學得不到相關人員的關注。有些科學老師為了幫助學生獲得更多的學習時間，甚至愿意“犧牲”僅有的授課時間，讓學生去處理作業。教師忽視了學生科學探索上的潛能，沒有意識到學好科學能給學生的未來帶來多大益處。
在每年升學率的競爭中，初級中學都會根據學校的定位，與周邊教學水平相當的學校進行升學率攀比。學校管理部門在課程安排中傾向于中考科目的課程，給予它們相當大的比重，對科學類的科目則有意忽視。這在無形中影響了學校老師對科學教學的不重視，客觀導致了學生對科學課程的反感。
4.家長意識中缺少科學課的存在感
雖說今天的科學如此發達，然而作為初中生的家長們，又有幾人真正知道初中的課堂中開設了科學課？他們關注的只是孩子的考試成績能否滿足有名的高級中學的需要。家長是孩子的第一位老師，言傳身教的重要性不言自喻，若家長都不能正確引導子女的科學學習，子女本身又該以什么為出發點去了解并鉆研科學？
二、提高初中科學教學課堂有效性的策略
1.學生端正對科學學科的學習態度
科學的重要性體現在與數學、物理、化學、生物等學科緊密相連中，在這些學科中處處閃現著科學影子。學好科學是認識相關科學的開端，學生只有端正對科學學科的學習態度，認識到科學的重要性，同時能把研究科學的態度、方法、手段應用到其他課程的學習中才能提高學習的有效性。
2.教師樹立正確的科學教學觀
作為初中教師，教師應樹立正確的科學教學觀，重新審視在新課程背景下科學實驗的教學價值，重新認識科學實驗的教育教學功能，并且教師還需要采用多種教學方式，為學生展示科學的魅力，引領學生走進真實的科學世界是極其重要的。課堂要以學生為中心，強調學生自主發言、動腦思考的重要性，培養學生課堂主人翁意識。此外，科學的學習離不開實踐活動，老師要為學生精心設計實驗內容，著力培養學生觀察創新的能力。科學老師肩負著改變教學現狀的重擔，我們要合理安排教學課程，以最少的人力、物力、時間協助學生開啟探索科學的大門。
3.學校加強對科學學科的重視
由于應試教育的緣故，許多初中學校、家長只重視中考類科目。殊不知，科學學科不僅能加強學生的創新能力和思維凝聚力，還能在科學實驗中培養學生的團隊精神，鍛煉學生的動手能力，不讓他們局限于理論的知識之中。因此，學校應該加強對科學學科的重視，加強對科學的課堂教學研究，加強教學常規的管理，著力提優補弱，重視學生實驗操作，進而提高學生學習興趣，提高教學效果。
三、結語
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一、小學科學實驗教學存在的問題
1. 《科學》還是“副課”。
盡管基礎教育課程改革順利地開展，但一些領導和教師依然教學觀念落后，始終認為科學是“副課”。盡管有些地方把《科學》作為學生畢業質量檢測的必考科目，依然沒有引起足夠的重視，只是按照應試教育的老辦法去上課，把課標拋于腦后?？茖W老師一般是語、數教師兼任的，工作量比較大，哪有時間與精力好好地教科學，他們整天就是圍著所謂的“主課”轉，鮮有每周三節科學課全上足的。因此，老師們忽視科學教學的現象比比皆是，更談不上進行實驗教學了，頂多為應付考試集中時間找一些知識點讓學生死記硬背。
2. 當前實驗教學中的低效性問題。
學生在實驗活動中思維能力欠缺，不能認真對待實驗，仍然停留在看熱鬧的層面;學生的參與率低，相互之間合作不夠。如在小組探討活動中，有些學生只關注自己的事情，不理會老師和同學的講解與幫助，也不愿意參與活動;還有些學生把實驗儀器占為己有，沒有合作意識，這些都影響到實驗教學的開展。另外，有些科學探究實驗需要家長在課后協助完成，但是這些活動并沒有得到家長的重視與支持，再加上學生在課外實驗中缺乏主動性，勢必造成延伸實驗的現象，效果不理想。
3. 教學條件差，硬件設施缺乏，難以保證實驗教學的正常開展。
俗話說“巧婦難為無米之炊”。首先，大部分學校缺少實驗室，里面設備簡陋，是只能給人看不能正常使用的擺設，有些學校根本沒有實驗室。要上實驗課學生只能坐在原來的班級教室上課，根本上不了，能演示一下就不錯了。其次實驗器材缺乏，更新換代太慢，使用的器材基本上還是原來《自然》教學時的老器材，器材老化數量又少，加之各班學生人數多，分組實驗難以開展。實驗儀器的配備與現行教材的內容難以配套，更何況許多實驗材料實驗室是沒有的，實驗材料的準備讓小學科學教師傷透了腦筋。最后甚至連人手一冊的《科學》教材因循環使用而難以保障，教材能循環使用是好事，但在循環使用過程中出現的諸多問題是始料未及的，因而導致學生共用教材的現象發生。缺少科學實驗教學所必需的教學設備，這方面的教育投入尚有不足。
二、解決對策
1. 明確《科學》教育目標，轉變教育觀念，全面實施素質教育。
要想改變面臨的這種名存實亡的實驗教學的狀況，需要徹底轉變教育觀念。各級教育部門的領導，更要更新教育思想觀念，要有徹底改變小學科學教育現狀的決心，多開展有關實驗教學、實驗操作方面的師生活動，建議在《科學》質量檢測中要有實驗操作題。特別是學校教導處，要嚴格執行《小學科學課程標準》，開齊上足科學課時。我們的科學教師要摒棄課程分“主課”與“副課”的舊思想，樹立科學與其它科目同等重要的意識，無論專職和兼職教師都應該有愛崗敬業精神，認真利用一切條件扎扎實實地上好每一堂科學課，讓學生的素質得到全面發展，使學生的探究、創新能力得到培養，并形成濃厚的學習科學的氛圍。
2. 重視實驗活動中學生的探究過程。
科學探究能力的獲得，需要學生結合所學的科學知識，親自參與探究活動，在已有的感知和體驗的基礎上，將教師所講授的知識充分吸收內化。科學教學的重要內容是讓學生學會如何學習科學、應用科學，如何用心地探究科學。為此，在實驗教學中，教師要鼓勵學生想出解決問題的方案，然后去驗證自己的方案。充分利用校園的實驗資源。校園里有一些植物和小動物，這些都有可能成為小學科學課中需要的實驗資源進行探究活動，獲得了直觀體驗和感性認識，也體會到了科學實驗的樂趣，為以后的探究活動打下了良好的基礎。聯系其它學科，讓學生體會到實驗觸手可及。最后在科學課程中，有許多知識是與其它學科密切聯系的。
3. 增加科學教育經費的投入，改善教學條件。
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一、加強學習科學的重要性教育，培養學生興趣
美國心理學家和教育學家布魯納說：“使學生對一個學科有興趣的最好辦法是使之知道這個學科值得學習。”因此，要使學生對科學有興趣，就必須使學生認識到學習科學的重要性。在教學過程中，教師不應單純地把科學與升學系在一起，而應結合科學對整個社會的巨大作用，與人們的生活和生產的密切聯系，造福于人類的事實，對學生進行學習目的性教育，使學生了解到人類的吃、穿、住、行都離不開科學知識，如電燈、電視機、汽車、飛機、農藥、化肥等的制造都離不開科學知識，使他們意識到學好科學對社會和個人的重要意義，從而產生濃厚的學習興趣。
二、聯系生活實際創設情境，增強學習興趣
科學是一門自然科學，與日常生活和生產有極為緊密的聯系。在教學過程中，應從學生的生活經驗出發，選擇學
生身邊的、感興趣的事物，提出相關的科學問題，努力為學生創設一個貼近生活實際的“生活化”問題情境。教學中滲透一些與人們的衣、食、住、行、醫療保健、環境保護、資源、能源等休戚相關的科學知識，把科學學科知識運用于解決實際問題，可使學生了解科學學科知識的重要性和實用性，了解和關心與科學有關的社會生活問題的發生與發展，培養學生學習科學的興趣和激情。
三、利用科學實驗激發興趣
科學是以實驗為基礎的科學，只有科學實驗才能反映科學學科的特點。從許多科學家成長的歷程來看，他們都非常熱愛科學實驗，而且無不是通過實驗取得科學成就的，中學生好奇心強，對新奇的事物具有強烈的探究和求知欲?？茖W實驗具有形象鮮明、聯系實際的特點，對學生具有極強的吸引力?？茖W實驗是最形象、生動、直觀地創設問題情境的方法之一。教師通過實驗創設情境，讓學生親眼看到科學現象，親手做科學實驗，是激發學生學習科學興趣的重要途徑。因此，教學中不僅應該認真做好課本規定的每一個實驗，還應該增加一些跟教學內容有關趣味性實驗，以此來幫助學生理解教學內容，引起學生濃厚的學習興趣。
四、利用科學探究激發學習興趣
科學探究是學生積極主動地獲取相應的科學知識、領悟科學研究方法而進行的各種活動。科學探究是一種學習方
式，它涉及探索自然或物質世界的過程，在尋求新的理解過程中，它促使人們提出問題、獲得發現并對這些發現進行嚴格檢驗。在義務教育中引導學生進行科學探究，是為了促進學生學習方式的改變，使學生能主動地獲得科學知識，體驗科學過程與科學方法，形成一定的科學探究能力和科學態度與價值觀，培養創新精神，同時，科學探究也是培養學習興趣的重要途徑。對于初中學生來說，身邊的許多科學事物令他們感到新奇，對探究身邊的科學事物有濃厚的興趣。
五、利用現代媒體激發興趣
計算機輔助教學是一種新型的現代化教學方式、集合圖、文、聲、像的綜合表現功能，其教學方式有動靜結合、視聽結合的特點，可進行快速的信息處理和圖像傳輸，同時還配有悅耳的音樂和圖像描繪。運用多媒體教學能使學生更直觀、生動地看到一些傳統教學無法展現的內容，幫助學生理解較難的理論知識。這必然會使學生產生好奇心，激發求知欲望，在不知不覺中產生濃厚的興趣。例如，學習分子、原子的知識時，利用多媒體教學能使學生感到耳目一新，并大大激發學生的學習興趣，在一定程度上使學生開闊眼界，增長知識。
六、利用課外活動培養學習興趣
利用課余時間開展豐富多彩的課外活動，能有效地培養學生學習的興趣。教師可收集大量的趣味科學片斷、科學與社會、科學與生活、科學史，科學魔術、科學謎語、科學游戲、科學趣味實驗等資料，組織學生進行江水污染檢測，參觀學校附近的化工廠，向學生介紹古今中外科學家的故事與成就，舉辦趣味科學小講座、科學競賽專題講座，撰寫小論文，出科學墻報等。通過開展一系列有針對性的、趣味性的、形式多樣的課外活動，一方面可使學生們增長知識，另一方面也可使學生對科學學科產生濃厚的興趣，從而提高學生學科學的主動性和積極性，為學生提供源源不斷的學習動力。
七、提高教學藝術水平激發興趣
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關鍵詞： 多媒體 科學實驗教學 作用
隨著中小學現代教育技術的不斷推廣，多媒體，如圖片、實物、課件、視頻等素材，通過計算機的輔助在課堂教學中的獨特優勢被廣大教師廣泛應用?？茖W實驗教學往往是科學課堂教學的重點及關鍵，直接影響課堂教學質量。適時恰當地運用多媒體對實驗加以改進、完善或模擬，可以克服上述方面的不足，達到突破實驗重、難點，優化課堂教學結構，提高實驗教學質量的目的。那么，如何才能充分發揮多媒體在科學實驗教學中的作用呢？
一、利用多媒體，激發學生參與實驗的興趣
興趣是最好的老師，是學生主動學習、積極思考、探究知識的內在動力。在科學實驗教學中，運用圖片、視頻或多媒體課件，創設與教學內容相吻合的教學情境，使學生有身臨其境之感，可以充分地激發他們的學習興趣和探究欲望。要實現這一點，就必須在枯燥無味的傳統實驗中靈活運用多媒體進行實驗教學。如《日食和月食》教學中，用白熾燈代表太陽，拳頭代表月球，自己的頭代表地球進行實驗；有的選擇小皮球當地球進行實驗，乒乓球當月亮，電筒射出的光代表太陽光。單純的動作示范，效果不顯著。而借助多媒體演示實驗，直觀形象地再現客觀事物，給學生以如見其景的感受。開始上課時，出示多媒體課件：各種日食和月食的圖像，引起學生探究的興趣。接著讓學生進行動作示范實驗，討論地球、月球和太陽三個天體在相互運動時出現哪些特殊位置。然后用多媒體創設三個球體相互運動形成的兩種特殊位置的情境，得出日食和月食的成因。圖像顯示模擬逼真，渲染氣氛，創造意境，使學生獲得直觀印象，有助于激發探究欲，培養學生參與實驗活動的興趣。
二、利用多媒體，增強實驗演示效果
有些演示實驗往往可見度小，演示效果不佳。借助多媒體輔助教學，則可解決這個難題。如在學習秒表、安培表、伏特表等原理、使用方法及讀數時，雖然學校能保證每位學生手中都有這些儀器，但由于這些儀器刻度比較小，教師講解示范起來非常吃力。教師可以將秒表、安培表、伏特表等甚至一切方便展示的實驗儀器都拿到視頻展示臺上進行演示、測量、讀數、分析；還有些實驗只能在平面上做，可見度受到極大的限制，不利于學生觀察。利用視頻展示臺等多媒體設備的放大作用，能讓全體同學都詳細、全面觀察到教師的具體操作過程和讀數方法，從而彌補演示實驗的不足，增強實驗演示效果。
三、利用多媒體，優化實驗操作步驟
將實驗指導、規范的操作方法制成CAI課件，可把實驗過程清楚地顯示出來，優化實驗操作步驟的講解，使學生對操作步驟和方法及操作要領獲得深刻印象，在操作的同時，對照投影內容及時調整，較好地解決了用大量時間講解實驗步驟的問題。使學生有充足的時間動手操作，同時教師也有時間深入到學生中指導，提高實驗的成功率。如用多用電表測電阻的實驗中，從認識表盤開始到最后使用多用電表測電阻，中間實驗步驟多，難度較大，把它制成CAI課件在屏幕上顯示并結合講解，使學生較好地掌握表盤的認識和使用方法，這樣學生的操作速度加快，錯誤減少，大大節約時間，成功率明顯提高，多數同學獲得成功。
四、利用多媒體，突破實驗教學重、難點
科學是研究物質運動和變化的一門學科，在某些方面，用傳統手段教學很難表現科學中“動”和“變”的特點。多媒體形象具體，動靜結合，聲色兼備，所以恰當地加以運用，可以變抽象為具體，調動學生各種感官協同作用，解決教師難以講清，學生難以聽懂的內容，從而有效地實現精講，突出重點，突破難點，取得傳統教學方法無法比擬的教學效果。如在探究莖有輸導水分的作用時，用CAI課件顯示莖運輸水分功能的過程和直接把新鮮的植物插入紅墨水中觀看剪斷的切面進行對比，是后者效果明顯。但學生對莖運輸水分的作用不能全面理解。如果把CAI課件和具體實驗結合在一起，則可以使學生全方位地理解莖的作用。因此，在課堂教學中要合理、適時地運用CAI課件，使其能與實驗教學過程實現最佳組合。再如演示：在三種情況下（斜面上鋪毛巾、白布、玻璃）保持同一高度，同一物體從靜止開始下滑，觀察小球在光滑桌面上的分別運動情況。觀察效果并不理想，只是從生活經驗中得到結論。把它制成CAI課件，學生非常直觀地看到斜面越光滑，物體在水平面上滑行得越遠。在此基礎上，學生很容易理解“牛頓第一定律”所說的“一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態，有外力迫使它改變這狀態為止”。
五、利用多媒體，模擬實驗
通過多媒體還可以擴大觀察的范圍，自然科學研究的物體小到微觀粒子，如分子、原子、電子等，大到宏觀世界天體運動的規律，用普通的辦法無法向學生演示。雖然可以用掛圖等來描述，原理解釋上總欠細膩清楚，不能反映其動態的變化規律。雖能說清“其然”，卻難以描述“其所以然”，常會造成一種教師無法準確表達、學生在模模糊糊的狀態中學習的不良現象。在這方面計算機的輔助模擬實驗教學可以發揮很大的作用。
總之，在科學實驗教學中，充分運用多媒體這—輔助教學手段，有利于彌補實驗器材本身的不足、條件的限制，有利于激發學生參與實驗的興趣、教學重難點突破、實驗操作步驟優化，有利于促進學生對知識的理解和記憶，拓寬思維，培養學生的實驗操作和探究能力。當然，多媒體演示并不能完全替代實驗，只有恰當地和實際操作結合起來。在維護實驗真實性的基礎上，充分發揮多媒體的作用。
參考文獻：
