虚拟实验软件在初中物理电路连接与故障排查教学中的实践案例研究

一、引言

2022 年版义务教育物理课程标准强调 “倡导探究式学习，注重引导学生通过实验探究和实践活动，体验科学研究过程，学习科学研究方法”。在初中物理电学教学中，“电路连接与故障排查” 是核心实践内容，涵盖 “串联与并联电路连接”“电路故障（如短路、断路）判断与修复” 等关键知识点，直接影响学生对电学规律的理解与应用能力。

二、虚拟实验软件在电路教学中的应用路径

（一）降低操作门槛，突破电路连接实践限制

电路连接需精准掌握 “元件连接顺序”“正负接线柱对应”“串联与并联电路区别” 等要点，新手学生易因实物操作不熟练产生挫败感。虚拟实验软件可通过 “可视化元件库 + 智能引导”，降低操作难度，帮助学生快速掌握连接逻辑。

软件内置电阻、灯泡、开关、电源等标准化虚拟元件，学生只需拖拽元件至实验界面，即可通过点击连线完成电路搭建，无需担心实物接线时的 “正负极接反”“导线松动” 等问题；同时，软件具备 “实时纠错” 功能 —— 若学生将电源正负极直接连接（造成短路），界面会弹出 “短路警告” 并标注错误位置，同步提示 “短路会导致电源损坏，需断开导线重新连接”；若连接的是串联电路却误选 “并联电路” 实验目标，软件会引导学生观察 “电流路径差异”，帮助区分两种电路的本质区别。此外，软件支持 “一键清空”“步骤回溯”，学生可反复尝试不同连接方案，逐步熟练 “从设计电路到完成连接” 的完整流程，在无器材损耗的前提下积累实践经验。

（二）动态模拟故障，强化故障排查逻辑

“电路故障排查” 是教学难点，学生需通过 “观察现象（如灯泡不亮、电流表无示数）— 推测故障类型 — 验证故障位置” 的流程解决问题，而传统实物实验难以高效复现多种故障场景。虚拟实验软件可通过 “故障场景预设 + 动态分析工具”，帮助学生建立系统化的排查思维。

在 “串联电路故障排查” 教学中，软件可预设 “灯泡断路”“导线接触不良”“滑动变阻器短路” 等 6-8 种常见故障场景：学生进入实验后，首先观察虚拟电路的现象（如 “闭合开关后灯泡不亮，电流表无示数”），随后利用软件自带的 “故障检测工具”（如虚拟万用表）进行检测 —— 将万用表接在灯泡两端，若示数为电源电压，可判断 “灯泡断路”；若示数为 0，则进一步检测导线与开关连接点。整个过程中，软件会实时显示 “电流流向”（用动态箭头标注），帮助学生直观理解 “故障导致电流中断的位置”；同时，软件提供 “故障分析思路” 提示（如“灯泡不亮时，先判断是断路还是短路：若电流表有示数，可能是灯泡短路；若电流表无示数，可能是电路断路”），引导学生形成 “现象 —推理 — 验证” 的排查逻辑，避免盲目试错。

（三）支持反复试错，培养自主探究能力

课标强调 “注重培养学生的自主探究能力”，而传统实物实验受器材数量、实验时间限制，学生难以开展个性化探究。虚拟实验软件可通过 “开放式实验任务 + 数据记录功能”，为学生提供自主探究空间，

深化对电路规律的理解。

教师可在软件中发布开放式任务，如 “设计一个能分别控制两盏灯泡亮灭的电路”，学生需自主选择 “串联或并联电路”，尝试不同的开关位置设计（如将开关接在干路或支路），通过闭合、断开开关观察灯泡亮度变化，验证 “开关控制作用与位置的关系”；实验过程中，软件自动记录 “电路连接图”“实验现象”“数据表格”（如电流表示数、电压表示数），学生可导出记录结果，结合实验现象总结规律（如 “并联电路中，支路开关仅控制所在支路的灯泡”）。此外，软件支持 “场景拓展”，学生可尝试在电路中添加滑动变阻器，探究 “电阻变化对灯泡亮度、电流的影响”，进一步拓展知识边界，培养 “提出问题 — 设计实验— 分析结果” 的探究能力。

三、虚拟实验软件应用的关键要点

在电路教学中应用虚拟实验软件，需避免 “过度依赖虚拟，忽视实物操作” 的误区，重点关注以下两点：一是虚实结合，虚拟实验可作为 “预习与练习环节”—— 学生先通过虚拟软件熟练电路连接与故障排查流程，再进行实物实验操作，既减少实物器材损耗，又能让学生在实物操作中感受 “虚拟与现实的差异”（如导线实际接触情况），强化实践能力；二是目标导向，虚拟实验需紧扣教学目标设计任务，避免学生陷入 “无目的的元件拖拽”，例如 “故障排查” 实验需明确 “掌握 3种常见故障的判断方法” 目标，软件任务设置需围绕目标展开，确保探究过程有方向、有重点。

此外，教师需做好 “引导者” 角色：在学生进行虚拟实验时，通过提问（如 “为什么并联电路中支路开关不能控制其他支路？”“短路和断路的电流路径有什么不同？”）启发思考，避免学生仅停留在 “操作层面”，推动其从 “会操作” 向 “懂原理” 转变。

四、结束语

虚拟实验软件为初中物理电路连接与故障排查教学提供了高效的实践载体，其通过降低操作门槛、模拟故障场景、支持自主探究的应用路径，能够弥补传统实物实验的不足，帮助学生在安全、灵活的环境中积累实验经验，建立系统化的电学认知。未来教学中，教师需进一步优化 “虚拟预习 — 实物验证 — 虚拟拓展” 的教学流程，平衡 “虚拟便捷性” 与 “实物真实性” 的关系，让虚拟实验软件真正服务于学生物理核心素养的培养，推动初中物理实验教学从 “被动操作” 向 “主动探究” 的转型。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部。义务教育物理课程标准（2022 年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 王建军。虚拟实验在初中物理电学教学中的应用研究 [J]. 物理教学探讨，2023，41（05）：38-40.

[3] 李红梅。基于虚拟仿真技术的初中物理电路故障排查教学实践[J]. 中学物理教学参考，2022，51（18）：45-47.