虚拟仿真实验提高实验学科教学

虚拟仿真实验提高实验学科教学

周晋宇

达川区双庙镇草兴中心学校 635000

内容提要 随着虚拟仿真实验技术的成熟，虚拟仿真技术越来越多的应用到教育教学中，许多高校还建立起来自己的虚拟实验室，而各中小学也开始大力发展虚拟仿真实验建设。这项技术对于实验学科的教学有相当大的提升，特别是解决了实验教学中周期长，条件不易控制，危险性大等难题。

关键词 信息技术 虚拟仿真 实验教学 教育 实验

现代化信息技术在生活中的应用越来越广泛，特别是实验学科教学中，利用信息技术手段，不但可以激发学生的学习兴趣，让学生参与其中获得经验，提高自身体验，提高理解和记忆效果，而且改变传统的教师中心授课方式，改变了教师的授课方法，让师生间有了更多互动，创造了多样化的教学环境，让师生融入其中，寓教于乐，提高教学效率。

近年来随着虚拟仿真实验技术的成熟，人们越发认识到虚拟仿真实验技术在教育教学方面应用的价值，于是各种虚拟实验技术在各大高校率先得到开发和应用，许多高校还建立起来自己的虚拟实验室。有了他们的带头我们中小学也逐渐享受到了信息技术中虚拟仿真实验技术在教学特别是实验学科中的应用实惠。

一、虚拟仿真实验的优势

而今虚拟仿真实验教学作为教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，虚拟仿真实验教学也已经成为老师重要的教学方式。它的优势如下：

首先是可以提升教学效果。大家都知道，虚拟技术有非常逼真、立体的表现形式，而通过这样的形式可以让原本十分抽象的实验过程形象而生动的演示出来。这时候教师就可以结合具体的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，提升教学效果。比如在探究电磁原理的时候，虚拟仿真实验可以模拟出大量的电子和磁感线，学生移动电子就可以直观的看到电子在磁感线中的运动轨迹。

其次是帮助师生完成不可能的实验，辅助教师进行课堂实验演示。

如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、反应周期过长实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等，都可以通过虚拟仿真实验安全而直观的展示出来。比如探究行星的运动轨迹，在课堂上原本是无法完成的，而通过虚拟仿真实验就可以。还有生物里探究物质霉变，一般情况下物品发霉都要好几周甚至一个月的时间，这样漫长的实验周期对于师生而言确实不好完成，而通过虚拟仿真实验，只需要短短几分钟就可以“长出霉菌”。

再次就是可以增强课堂趣味性。借助对图画、声音、视频之类多媒体技术、虚拟仿真技术等技术之间构建了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境，让学生实现置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开物理奥秘的冲动，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。

最后就是丰富了课堂教学的形式。因为虚拟仿真教学的出现，以往只靠教师一张嘴进行实验讲解以及实验无法完成的情况再也不会出现。虚拟仿真实验突破了实验教学对客观条件的依赖性，满足实际的课堂教学需要，逐步成为老师得力的实验制作工具。方便高效的教学辅助工具：各种大小实验应有尽有，且无器材损耗，和实验室零距离，随时随地都可进行实验。利用虚拟仿真实验学生可以反复进行实验练习，提高了学生对于知识的理解速度和对于实验方法的正确率，不像传统实验方法需要有大量的前期准备，当然，虚拟仿真实验的方式肯定也不如传统实验的紧凑。

二、虚拟仿真实验在中小学实验课题中的应用

目前各个中小学所使用的虚拟仿真教学软件主要分为课件类和平台类。其中课件类一般是针对了教材中的一个或多个知识点而独立开发的教学软件，这类软件一般只提供了和它的知识点相对应的相关实验器材，而与该知识点无关的实验器材则不予提供。学生可以通过计算机模拟操作完成实验，在操作过程中如果操作失误，会有一定的提醒，甚至无法操作，也能观察该实验的实验现象，作出实验结论，最终获得相关的知识。

以我们学校为例，我们学校是九年一贯制学校，我们学校的课件类的实验软件多是教室班班通内安装的东方中原配套仿真实验软件。涵盖有物理、化学、生物、科学等多门学科，其中的虚拟仿真实验多为学科基础实验或是特别的实验。

以小学科学这门学科为例，配套了毛细效应，探究拉力计等实验。探究毛细效应的实验中，先提供了实验器材：一盆清水，蓝墨水，架子，白毛巾，塑料尺。

打开探究毛细效应的实验，会提示，将蓝墨水滴入清水中，学生操作完成后会发现，这盆清水被蓝墨水染变成蓝色。然后学生操作白毛巾将白色的毛巾搭在这盆水上面的架子上，毛巾一端浸润水中。隔了一会儿学生会发现白色的毛巾从浸润水中的那一头开始逐渐被染色，直至整条毛巾被染成蓝色。

实验还提供了塑料尺作为对比实验，将塑料尺子的一端浸润水中，隔了一段时间后会发现，和白毛巾不同的是，塑料尺子不会被染色。最后实验会出现白毛巾和塑料尺子的细节放大图，通过细节放大图，学生会发现毛巾上面有很多细小的孔，所以蓝色的水会“顺着毛巾往上爬”也就是毛细现象，而塑料尺没有细孔，所以蓝色的水不会顺着塑料尺爬上去，也就不会发生毛细现象。

平台类的虚拟实验软件一般是教材的某一学科开发的仿真实验软件。这样的平台类实验软件中使用的人可以随意的取出放置实验器材，也可以改变实验器材的各种参数，进而搭建实验。有些实验平台还考虑到了题库的引入以及教学反馈系统的构建。

在我们学校使用较多的平台类实验软件有NB化学实验室，物理实验课APP等软件。特别是物理实验课APP在教学中应用更多，因为这是一个可以再手机上应用的软件，现代人使用手机的人数明显比使用电脑的更多。利用手机学生也可以在课后，休息时间自己通过软件进行实验。这款APP分为了电学，天体运动和电磁三大类，正好是物理实验三个大板块。而且这个软件还可以将自己完成的实验分享到公告平台，或者是在平台上查看其它人所做的实验。第一次做电池点亮小灯泡这个实验的时候我和学生就运用到了这个软件平台。在实验过程中，一开始学生不熟悉实验过程，出现很多烧坏元件的情况。这样的情况放到现实生活中的实验无疑会出现很大的资源浪费。而通过在虚拟仿真实验平台上先行操作，学生既熟悉了实验又避免了浪费，观察到了实验现象之余很多学生还大胆创新，对实验进行自己的改造。不少学生还能通过在这个平台做实验实现超前学习。这对于激发学生的探索精神，激励学生的创新精神都有极大的帮助。

三、虚拟仿真实验的缺点

当然，虚拟仿真实验也不是全然只有好处没有坏处。首先虚拟仿真实验对于学生来说随意性大，有限的操作使他们还不能对实验产生全部印象，甚至有些认识还是错误的，学生不能完全参与其中。

其次，受到目前技术的限制，摸拟实验的准确度还不是很高，特别是对于学生动手能力比较差的学生来说，虚拟实验还不容易操作。
所以，为了教学活动更加精彩，我们要虚实结合，要上好一堂课，不但要有清晰的教学思路，更要有与之相匹配的教学方法。教前认真了解教材的特点，从教材特点出发，更要了解学生情况，结合教材和学生实际情况选用的实验方法，既可以证明知识的科学性，同时也要让学生更容易理解，充分的利用教学资源，避免教学的枯燥性。

虚拟仿真实验是信息技术高度发展的产物，目前的技术还只是刚刚起步，但是技术的不断发展将使得它对于未来教育教学将产生越来越大的影响。未来虚拟仿真技术将会被广泛运用于生活的方方面面，而对于教育，特别是老师来讲，不能因为它是一门新技术就畏惧它，甚至疏远它。提高教育教学能力，更需要不断掌握前沿的教育技术，与时代相结合，力争使每一堂课都能上的更好，使自身的教学水平进一步提高。

现在我国正在大力发展教育教学均衡化，而其中我们农村学校更是发展均衡化的重点，信息化的发展带来的正是教育资源的公平。发展虚拟仿真实验对于农村实验教学的有效性是极大的提升。相关技术与学科的整合会对教学方式，师生互动，学习方式产生深远影响，甚至会对传统课堂产生一定变革，相信这一点也会受到越来越多教育教学工作者、研究者的关注。