摘要：模拟实验是一种重要的科学研究方法。对于许多不便研究的问题，通过建构模拟模型，再运用模型进行模拟实验就可以解决问题。将这种方法运用到初中物理探究教学中，就可以解决许多用一般探究方法不能解决的问题。青岛市初中物理学科是全国最早的课改实验区，我们在运用科学研究方法进行探究教学上进行了多年的研究，本文介绍模拟实验方法以及这种方法在初中物理探究教学中的应用，为广大物理教师的探究教学提供一种工具。
关键词：模拟模型、模拟实验、科学探究、探究教学
模拟实验是一种重要的科学研究方法，将它运用到初中物理探究教学中，可以拓展课堂探究教学的范围，从而进一步发挥探究教学的作用。
1.问题的提出
科学探究教学是最重要的课堂教学形式之一。以物理知识为载体，运用一定的科学方法让学生进行探究学习，可以在学习知识的同时，获取方法并转化为能力，进一步去实现情感态度与价值观目标，最终提高科学素养。但是，在实际探究教学中，我们发现有如下困难：
（1）有的问题，由于体积、费用等方面的原因，无法直接去探究。如：不可能直接将潜水艇搬到课堂上去研究它的原理，不可能直接研究分子的运动等。
（2）科学探究从整体上来看，是一个建立假说和检验假说的过程。但是，由于探究问题的陌生感，有的假说很难直接建立，以至于假说过程变成一种随意的猜测，缺少科学性，也不能通过这一思维发散的过程去培养学生的创造力。另外，有的假说也是不能直接检验的，如：理论性假说或现有条件不足等情况。
上述两点，都给实际探究教学的实施带来了诸多的困难，甚至使探究教学无法进行。所以，我们必须解决的问题是：
（1）对于一些无法直接研究的问题，如何进行探究？
（2）对于一些陌生或抽象的问题，如何提出科学的假说？
（3）对于一些不便直接检验的假说，如何进行检验？
“模拟实验”方法是进行科学研究的一种常用方法。经过长期的研究我们感到，如果将模拟实验运用到探究教学中，就可以解决上述三个问题。
2.模拟实验及其在科学研究中的作用
2.1模拟模型：
建立科学模型是解决科学问题的重要方法。科学模型可以分为两大类：模拟模型、理想模型。其中，模拟模型是运用事物之间的相似性，用形象、直观的替代物研究事物本身。例如：将实物缩小成沙盘，用电力线描述电场分布，用直流电动机模型进行有关实验等。
2.2模拟实验：运用模拟模型进行有关实验，从而对有关问题进行研究，找到问题的原因和隐含的规律，这种方法叫做模拟实验。
2.3模拟实验在科学研究中的作用：
客观世界中，能够直接通过观察实验进行研究的内容只占少数。大多数对象需要采用间接实验方法，借助于模拟模型进行实验研究。主要有如下几种情况：
（1）一些不再重复现象。例如：人类起源、地球和太阳系起源等。
（2）微观和宇观问题。例如：原子结构，宇宙演化研究等。
（3）人体、人脑等问题。例如：建造人工颅骨模型来模拟研究头部承受外力情况。
（4）在特殊环境条件下的实验。例如：在高温、高压环境下的科学研究会直接危害人体健康，或有的实验研究价格十分昂贵，这些都需要借助模型进行模拟实验。
2.4科学史上运用模拟实验进行科学研究的典型案例：
生命怎样起源，这是科学家的一个不解之谜，因为生命起源的原始状态事过境迁，无法直接考究。20世纪50年代初，米勒通过类比和相似，设计了一个生命起源的模拟实验：在一个密封容器中，加上了氢、氧、碳、氮等元素和甲烷、水，又模拟了风、雨、雷、电等原始大气环境。经过一个星期后，在容器中发现已形成了苷氨酸、甲氨酸等氨基酸。1963年，波南佩鲁马用电子束也做了相似的实验，形成了腺嘌呤核苷。这些实验，为揭开生命起源的奥秘迈进了一大步。
3.运用模拟实验进行初中物理探究教学
通过上述可见，模拟实验在实际科学研究中所解决的问题，恰恰类似我们在课堂探究中遇到的问题。探究教学是科学研究的模拟，所以，我们完全可以将模拟实验方法运用到课堂探究教学中，解决前面提出的三个问题。
运用这种思路，通过长期教学实践，我们构成了三种运用模拟实验进行探究教学的操作模式，从而解决了前面提出的三个问题。下面分别介绍如下：
3.1操作模式之一———用模拟实验探究无法直接探究的问题，进行“科学发现”：
（1）操作程式：
提出问题———模拟模型———模拟实验———科学“发现”
（2）对上述程式的有关说明：
①提出问题：提出研究课题。
②模拟模型：由于无法直接研究，因此，利用类比相似性，建立模拟模型。
③模拟实验：运用模拟模型进行有关实验，并得到关于模型的结论。
④科学“发现”：将关于模型的结论作为研究课题的结论。
3.2操作模式之二———用模拟实验进行科学猜想，建立“科学假说”：
（1）操作程式：
提出问题———模拟模型———模拟实验———科学假说
（2）对上述程式的有关说明：
①提出问题：提出研究课题。
②模拟模型：由于问题抽象、陌生，因此，利用类比法建立模拟模型。
③模拟实验：运用模拟模型进行有关实验，并得到关于模型的结论。
④科学假说：将关于模型的结论作为原研究课题的假说。最终通过实际实验检验假说。
3.3操作模式之三———用模拟实验“检验假说”，得出结论规律：
（1）操作程式：
提出问题———建立假说———模拟实验———得出结论
（2）对上述程式的有关说明：
①提出问题：提出研究课题。
②建立假说：建立该问题的假说。
③模拟实验：由于假说或推论不能直接检验，因此，运用模拟实验进行检验。
④得出结论：通过检验，得出结论或规律。
4.用模拟实验进行初中物理探究教学的应用案例
4.1操作模式之一———用模拟实验进行“科学发现”的案例：
下面用探究“潜水艇工作原理”为例：
（1）提出问题：潜水艇是如何实现上浮和下潜的？
（2）模拟模型：真正的潜水艇在课堂上无法研究，引导学生运用相似类比，将一只啤酒瓶作为潜水艇的模型。
（3）模拟实验：学生分组实验，通过让水进入或流出啤酒瓶，实现啤酒瓶在水槽中的下沉或上浮。
（4）科学“发现”：通过啤酒瓶模拟实验研究，得出结论：潜水艇的体积不变，所受浮力不变，它是靠水舱进水或排水，改变自身重力来实现上浮和下潜的。
4.2操作模式之二———用模拟实验“建立假说”的案例：
下面以探究“液体压强规律”为例：
（1）提出问题：液体压强有什么规律？
（2）模拟模型：液体压强比较抽象、不好研究，引导学生用类比法，将每滴水看做是一个苹果，建立模拟模型：研究一筐苹果中某一个苹果受到的挤压作用。
（3）模拟实验：通过用一筐苹果进行实验研究，得出：苹果受到的挤压与该苹果在筐子中所处的深度有关，还与苹果种类有关。
（4）建立假说：将苹果的研究结论对应转换到液体压强问题上，形成液体压强假说：液体压强可能与深度、液体密度有关。最后，运用压强计进行实际实验检验假说，得出液体压强规律。
4.3操作模式之三———用模拟实验“检验假说”的案例：
下面以探究“压力的作用效果”为例：
（1）提出问题：压力产生的效果与什么因素有关？
（2）建立假说：学生运用经验方法建立假说：可能与压力大小和受力面积大小有关，并由此假说得到一些推论：过冰面时应该匍匐前进，才不易踩破冰面；盖高楼应该有宽大的地基，否则楼体易下陷。
（3）模拟实验：这两个推论无法在教室内进行检验，于是，学生利用身边的实验器材作为模拟模型，进行模拟实验：用薄纸作为冰面，用玩具小人作为人体；用沙子做地面，用砖头做楼体，用木板作为地基。通过这两个模拟实验，发现实验现象与推论是一致的。
（4）得出结论：通过上述模拟实验，检验了假说的正确。得出结论：压力产生的效果与压力大小、受力面积大小有关。
5.运用模拟实验方法进行探究教学的教学策略
通过上述应用，我们可以看到模拟实验方法在探究教学中的重要作用：发现新知识、建立科学假说和检验假说，从而使探究教学可以拓展到更多的问题上。通过教学实践发现，为了更好地发挥模拟实验在探究教学中的作用，应该注意如下三种科学方法的辅助运用：
5.1缺点列举法：这是一种创造技法。运用它，可以让我们对研究问题、对象进行缺点列举，发现不便研究之处，由此去设计模拟模型和模拟实验。
5.2问题转换法：这是精致证伪主义的一种重要方法。运用它，可以让我们在遇到不便探究的问题时，并不是放弃，而是将其转换为便于研究的模拟问题，最终通过模拟问题的解决来解决原来的问题。
5.3类比法：这是建构模拟模型，进行模拟实验的基础。通过问题和事物的相似性类比，提出并建构模拟模型，再运用模拟模型进行有关实验，从而解决问题。
参考文献
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