PhET

PhET是由美国科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）开发并持续维护的一个免费开放的互动仿真实验模拟平台，旨在为全球教育者与学习者提供直观、生动的学习工具，以增强对自然科学与数学概念的理解。其名称 PhET 最初是“Physics Education Technology（物理教育技术）”的缩写，但随着学科内容的不断拓展，如今它已覆盖数学、化学、生物、地球科学等多个领域，成为全面的 STEM 教育辅助平台。

PhET 的核心理念：学习可视化、交互驱动

不同于传统教材依赖大量文字与图表灌输知识，PhET 的核心设计理念是将抽象的科学原理变得“看得见、摸得着”。它通过动画、滑块、虚拟实验器材、动态图表等元素构建一个“可操作”的学习空间，鼓励学生在动手探索中自主发现规律。

在这个过程中，PhET 的目标不仅仅是“教学”，更是激发好奇心与探索思维。以物理中的“能量守恒”模拟为例，学生不需要记住公式，而是可以通过滑动小车、调整坡度、观察速度与能量条的变化，亲自体验和推导出相关规律。这种体验式学习方式能够激活学生的认知参与，显著提升学习成效。

模拟类型丰富，贴合课程需求

PhET 提供的模拟涵盖了从小学到大学不同层级的内容，主要分类如下：

学科领域	典型模拟内容	应用年级范围
物理	牛顿运动定律、电场、能量守恒、光的反射折射、波动干涉等	小学高年级至大学
化学	原子结构、分子键合、化学反应速率、溶解性等	初中至大学
生物	自然选择、染色体遗传、膜的运输等	初中至大学
地球科学	月相、日食月食等	小学至高中
数学	函数图像、概率统计、几何变换等	小学至大学

这些模拟可通过电脑、平板和手机等多种设备访问，大多数已采用 HTML5 技术开发，确保了跨平台兼容性和更流畅的操作体验。

开放免费，普惠教育的典范

PhET 所有模拟内容均对外开放，并允许用户免费下载使用，无论是用于课堂教学、课后作业，还是学生自学，都无需支付任何费用。与此同时，平台还为教师和教育工作者提供了大量的配套教学资源，例如：

• 教案模板与课件建议
• 学习活动设计范本
• 教师使用反馈与案例
• 学习评估工具（如互动式小测验）

这使得 PhET 不仅是一个模拟工具，更是一个构建教师学习共同体的平台，支持教育者之间的交流与共创。

全球影响力广泛，支持多语言版本

PhET 的影响早已突破美国本土，目前其模拟已被翻译成超过120 多种语言，覆盖全球超过 200 个国家和地区。无论是中文、西班牙语，使用者都可以在母语环境下进行科学探究。

中国的中小学与高校均已广泛引入 PhET 模拟，许多课本、教学辅导书甚至直接推荐其作为课外拓展资源。此外，国际知名教育平台如 Khan Academy、Coursera、Edmodo 等也在课程中集成了 PhET 模拟。

适用于多种教学场景，灵活性强

PhET 并非专属于某一类教学场景，它可以灵活融入：

• 教师演示：借助大屏幕演示复杂概念，如电路连接、光的干涉等；
• 分组实验：学生以小组为单位使用模拟，模拟实验现象并记录分析；
• 翻转课堂：学生课前操作模拟，自主探索并带着问题进入课堂；
• 远程教学：线上教学中，模拟成为重要的“虚拟实验室”；
• 家庭作业与复习：学生可自由访问并反复操作，提高理解与记忆。

PhET 也为教师提供了教学活动的分类检索工具，按照年级、学科、语言筛选最适合自己班级的模拟及活动资源。

模拟内容与范围

PhET 互动模拟之所以能够在全球范围内广泛传播，并被无数教育者采纳为课堂与课外教学工具，关键就在于其覆盖广、内容实、更新快、贴近教学需求。从最初专注于物理领域的几款模拟，发展到如今包含五大学科、跨多个教育阶段的 125 多个模拟项目，PhET 已成为 STEM 教育资源的重要组成部分。

学科覆盖全面，兼顾广度与深度

目前，PhET 已覆盖以下五个核心学科领域：

学科领域	核心主题示例	使用年级范围	模拟数量（截至2025）
物理	运动、力、电场、能量、波动、热力学、量子力学等	小学高年级至大学	约 55 个
化学	原子结构、反应平衡、溶液、化学反应速率、气体定律等	初中至大学	约 25 个
生物	遗传学、自然选择、细胞膜运输、生态系统等	初中至高中	约 12 个
地球科学	地质构造、月相、季节变化等	小学至初中	约 8 个
数学	函数、概率、图形变换、代数表达式、几何概念等	小学至高中	约 20 个

这种覆盖范围的设计既考虑了基础教育阶段对科学兴趣的启发需求，也兼顾了中学和大学阶段对概念深度与学术严谨性的要求。

例如：

• 小学阶段可以使用《月相模拟》来观察月亮在不同时间的变化；
• 高中阶段可通过《电路构建工具》进行虚拟实验；
• 大学课堂可使用《量子隧穿》模拟演示复杂的物理现象。

这种广泛适配性使得 PhET 模拟几乎可以嵌入整个中小学到高等教育的科学课程体系中。

内容结构模块化，主题清晰

每一款 PhET 模拟都围绕一个核心概念进行模块化构建，通常具备以下功能模块：

• 变量控制面板：如速度、质量、温度、浓度等，用户可自由调节参数。
• 实时图像反馈区：展示粒子运动、能量转换、物体轨迹等直观动画。
• 数据可视化区：包括图表、柱状图、能量条等辅助表示。
• 探索任务建议：部分模拟附有问题引导或活动建议，供教师布置任务。

这种模块设计不仅便于学生理解抽象概念，也便于教师制定针对性教学活动。例如，在模拟《能量滑梯》中，学生可以通过调节滑道高度、改变小车质量，观察势能与动能的动态变化，并通过图表区域验证能量守恒规律。

示例模拟拆解：以《电路构建工具》为例

PhET 中最受欢迎的模拟之一是《电路构建工具（Circuit Construction Kit）》系列，分为基础版和直流/交流扩展版。

功能亮点：

• 拖拽式元件：包括电池、电阻、灯泡、导线等；
• 实时反馈：电流方向、灯泡亮度、短路提示一目了然；
• 观测模式：可切换为“电子流模式”，观察粒子运动方向；
• 多种测量工具：内置电压表、电流表，便于学生开展虚拟测量；
• 拓展应用：模拟串联/并联、欧姆定律、功率计算等多种教学主题。

该模拟支持复杂电路设计的教学实验，同时具有“无风险”的虚拟实验环境，非常适合在资源不足或缺乏安全保障的学校使用。

兼容性强，支持多平台访问

PhET 项目高度重视跨平台兼容能力。自 2013 年起全面转向 HTML5 技术，目前所有新开发模拟均支持：

• 桌面端：Windows、MacOS、Linux；
• 移动端：iOS、Android（支持平板和手机）；
• 浏览器兼容性：Chrome、Firefox、Safari、Edge 等主流浏览器；
• 离线使用：可下载单个模拟或使用“PhET 离线包”进行无网络运行。

此外，PhET 还开发了移动端 App（适用于 Android 和 iOS），可实现本地使用与模拟预加载，特别适合教学中断网或流量不足的地区。

模拟更新与内容维护机制

PhET 团队设有持续的内容维护机制，确保模拟符合当前科学知识标准和教学需求：

• 模拟迭代更新：根据用户反馈定期修复错误、优化操作逻辑；
• UI/UX 改进：提升视觉风格、增加辅助功能，如语音提示、键盘导航；
• 新模拟开发：每年定期发布新模拟，优先覆盖教材改革重点或教师高频需求领域；
• 可访问性优化：部分模拟支持屏幕阅读器、键盘导航，逐步实现无障碍设计。

这种“活”的内容库建设方式，使 PhET 始终紧贴教育一线的教学变革趋势。

与课程标准对齐的能力

PhET 团队致力于将模拟与各国课程标准相对接。例如，在美国，模拟开发广泛参考了 Next Generation Science Standards (NGSS) 与 Common Core State Standards (CCSS)。在国际上，许多国家和地区的教材编写者也将 PhET 模拟作为教学补充内容。

在中国，已有部分教育出版社在中学科学课本中直接推荐 PhET 模拟作为课后拓展或课堂演示工具，如在“光的传播”、“牛顿三定律”、“能量守恒”等章节中，引导学生使用模拟进行探究活动。

教师资源与教学场景适配

除了模拟本身，PhET 网站还为教师提供了超过 2,000 份教学资源文件，包括：

• 探究型实验设计方案
• 学生观察记录单
• 课堂活动引导页
• 习题与测验示例
• 翻转课堂视频课件

这些资源支持按照学科、年级、语言、教学目标多维度筛选，帮助教师精准匹配适合自身教学情境的模拟与教学任务。

教学应用场景典型用法

场景类型	教学方式	使用示例
课堂演示	教师通过投影或电子白板操作模拟，进行现象讲解	使用《波动干涉》模拟讲解双缝干涉
小组探究	学生小组使用平板或电脑进行变量控制与数据记录	使用《质量弹簧系统》研究振动周期与质量关系
翻转课堂	课前学生自学模拟，课堂讨论与总结	使用《自然选择》模拟观察环境变迁下的物种变化
远程学习	模拟作为实验替代，结合在线视频与作业系统	用《化学反应速率》模拟替代化学实验

这种高度适应性使得 PhET 不仅是“一个网站”，更成为教师教与学生学的多维工具箱。