當(dāng)前，全球各國都在如火如荼地開展 STEM 教育。STEM 是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，書本作為信息媒介，本身在教學(xué)上是不足的。學(xué)生需要動手做，而不是背定律、記公式。然而，實(shí)操試驗(yàn)往往容易僵化成流程化的“烹飪指南”。

來自美國的一項(xiàng)互動模擬實(shí)驗(yàn)程序革新了傳統(tǒng)的 STEM 教學(xué)，打開了 STEM 教學(xué)的黑匣子。

PhET 互動模擬程序 是什么？

• 項(xiàng)目名稱：PhET Interactive Simulations，PhET 互動模擬程序

• 項(xiàng)目內(nèi)容：作為一款免費(fèi)在線互動模擬程序，PhET 致力于推進(jìn)世界范圍內(nèi)的科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)，支持更高效和更高參與度的教育

• 開展機(jī)構(gòu)：美國科羅拉多大學(xué)波爾得分校，PhET 互動模擬程序

• 總       部：美國科羅拉多州波爾得市

• 項(xiàng)目范圍：全球

• 受益人數(shù)：每年超過 8 千萬人使用

• 項(xiàng)目代表：Kathy Perkins 博士

• 網(wǎng)       站：https://phet.colorado.edu

PhET 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Kathy Perkins 博士

傳統(tǒng)科學(xué)教育

傳統(tǒng)的電路實(shí)驗(yàn)（直流和交流）

在這個越來越由科技主導(dǎo)的社會，如何培養(yǎng)更廣泛的科學(xué)和數(shù)學(xué)能力，成為教育的關(guān)鍵。然而，無數(shù)研究表明，傳統(tǒng)的 K-12 和高等教育的科學(xué)教學(xué)無法有效激發(fā)學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和動力，更不能發(fā)展他們對科學(xué)更深層次的概念性理解、科學(xué)過程技能的獲得以及對科學(xué)的專業(yè)視野。

PhET：打開 STEM 教學(xué)的黑匣子

PhET 由諾貝爾物理學(xué)獎獲得者卡爾·威曼于 2002 年創(chuàng)立，是一款免費(fèi)的在線物理、化學(xué)、生物、地理及數(shù)學(xué)仿真程序。通過創(chuàng)新的交互模擬，幫助學(xué)生在一個個生動的交互游戲式的學(xué)習(xí)環(huán)境中進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)。

PhET 創(chuàng)始人、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者卡爾·威曼

亮點(diǎn) 1：抽象概念的可視化

PhET 整合了信息技術(shù)與科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把抽象的科學(xué)概念和不可見的微觀事實(shí)（如電流）可視化，同時提供了增強(qiáng)理解的動態(tài)視化模型，學(xué)生可以隨時隨地探索、操作并測試實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)直觀、逼真的實(shí)驗(yàn)過程。

PhET：電路實(shí)驗(yàn)（直流和交流）模擬程序

PhET：能量的形式和轉(zhuǎn)化

PhET 項(xiàng)目利用研究和嚴(yán)格的質(zhì)量把控測試，保證 STEM 教學(xué)資源的質(zhì)量。針對學(xué)生在學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容和練習(xí)時出現(xiàn)的普遍問題，每一個模擬程序都發(fā)展出一套具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在研發(fā)過程中，每個模擬程序都經(jīng)過反復(fù)的測試和修改，確保界面設(shè)計和反饋能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)行建設(shè)性的探索學(xué)習(xí)，多問假設(shè)性問題，理解科學(xué)和數(shù)學(xué)的核心概念。

亮點(diǎn) 2：使用可在線，也可離線

對于缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的課堂來說，這是個太大的福音。整個 PhET 模擬程序非常靈活，不限于用戶的年級，可用于線上、線下不同的環(huán)境中（課堂、實(shí)驗(yàn)室、家庭作業(yè)）。

亮點(diǎn) 3：不同語言版本

PhET 軟件已被翻譯成 89 種語言，網(wǎng)站被翻譯成 40 種語言，其中被翻譯的模擬程序已達(dá)到 7000 多個。同時，PhET 網(wǎng)站還為譯者提供了翻譯程序界面，可進(jìn)行自行翻譯。

亮點(diǎn) 4：豐富的教師資源

科羅拉多大學(xué)波爾得研究中心明確指出，PhET 始終是一項(xiàng)工具，關(guān)鍵還是學(xué)生要學(xué)會使用。因此，他們進(jìn)一步為用戶提供豐富的教師資源，幫助老師更好地把 PhET 融入課堂，發(fā)揮其工具的作用，真正落實(shí)探索式學(xué)習(xí)。

亮點(diǎn) 5：免費(fèi)，免費(fèi)，免費(fèi)！

PhET 的影響

目前，PhET 模擬程序已在國際上被廣泛使用，每年使用量超過 8 千萬次，包括 30% 左右的國際使用率和每年 25% 的增長率。

PhET 模擬程序 2011 年被美國科技創(chuàng)新博物館（Tech Museum of Innovation）授予“微軟教育科技獎”，2014 年獲得美國賓夕法尼亞大學(xué)沃頓商學(xué)院與分析數(shù)據(jù)提供商 QS（QS 世界大學(xué)排名的發(fā)布者）聯(lián)合評選的 “重新想象教育·創(chuàng)新教學(xué)獎”。

未來發(fā)展

PhET 的創(chuàng)新步伐從未停止。目前，PhET 正在研發(fā)能夠?yàn)闅埣矊W(xué)生服務(wù)的模擬程序，于 2017 年 5 月發(fā)布了第一個可用程序。同時，PhET 也在進(jìn)行可以加強(qiáng)交互操作性的研發(fā)活動，包括模擬軟件定制、基于 API 的跨科技控制、活動互動后端數(shù)據(jù)流等。

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號 21世紀(jì)教育研究院，由 21世紀(jì)教育研究院實(shí)習(xí)生梁楚穎獨(dú)家編譯，美術(shù)編輯林鏗鎣。

圖片來源：Science Bits