虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

馬馳騁

【摘要】虛擬實驗教學(xué)具有展示性強、安全性高、共享性快等優(yōu)勢，已逐步成為素質(zhì)教育教學(xué)改革的一大趨勢。文章在調(diào)研了虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用SWOT模型，分析了虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢（S）、劣勢（W）、機遇（O）、威脅（T），并提出發(fā)展策略，建議通過加強虛擬實驗教學(xué)建設(shè)、優(yōu)化虛擬實驗教學(xué)模式、提高任課教師實驗意識和技能、加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)督導(dǎo)、學(xué)生考核多元化等舉措，促進虛擬實驗更好地服務(wù)于農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】初中化學(xué)；虛擬實驗；農(nóng)村地區(qū)；SWOT

【中圖分類號】G633.8【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）09—0071—04

義務(wù)教育階段的化學(xué)實驗課程以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主旨，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、思維能力和科學(xué)創(chuàng)新能力[1-2]。然而，相比東部教育發(fā)達地區(qū)，師生實驗教學(xué)認識不深、實驗教學(xué)條件簡陋、實驗課程建設(shè)經(jīng)費不足、實驗教師教學(xué)水平欠佳、教學(xué)內(nèi)容深度不足等諸多問題在我國農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中逐漸凸顯[3-5]。而虛擬實驗作為實驗教學(xué)的重要補充，具有傳統(tǒng)實驗教學(xué)所不具備的優(yōu)勢，在解決復(fù)雜實驗做不好、抽象實驗不好做、危險實驗做不了等困難上能夠很好破解[6]。因此，開展虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，對初中學(xué)生基本實驗技能和實驗探究能力的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。

目前國內(nèi)學(xué)者針對虛擬實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究，主要集中在課程案例應(yīng)用、虛擬實驗實現(xiàn)途徑、虛擬實驗技術(shù)等方面。付超強[7]以初中化學(xué)制取氧氣實驗為例，探討Unity3D在初中化學(xué)虛擬實驗教學(xué)中的應(yīng)用；陳春燕[8]認為虛擬實驗?zāi)軌驈娀瘜嶒炚n堂的真實性，拓展實驗的內(nèi)容；師宏佳[9]借助移動端化學(xué)虛擬仿真實驗，創(chuàng)新性提出預(yù)習(xí)、線上討論、線下實操、課后鞏固的四步走的雙線融合式的初中化學(xué)實驗教學(xué)方式；周子晴[10]認為通過制作微課視頻提升虛擬實驗教學(xué)質(zhì)量；朱世根[11]以一氧化碳實驗為例，借助NOBOOK虛擬實驗開展實驗教學(xué)設(shè)計，實驗視覺和教學(xué)效果顯著；魏江明[12]開發(fā)設(shè)計了三維虛擬實驗系統(tǒng)，以此增強學(xué)生化學(xué)實驗教學(xué)興趣和教學(xué)效果的沉浸感；吳婷婷[13]基于NO？ BOOK虛擬實驗平臺構(gòu)建初三化學(xué)虛擬實驗的教學(xué)設(shè)計，通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗教學(xué)能夠顯著提升學(xué)生綜合素質(zhì)。

綜上所述，目前學(xué)者對虛擬實驗融入初中化學(xué)課程研究較多，然而，對虛擬實驗融入農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)的關(guān)注比較欠缺。

SWOT模型是常見的一種戰(zhàn)略態(tài)勢分析法，學(xué)者逐步在現(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢分析、市場競爭力分析等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[14-15]?；诖?，筆者將基于多年從事初中化學(xué)實驗教學(xué)經(jīng)驗，引入SWOT模型，系統(tǒng)分析虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的內(nèi)部和外部環(huán)境，進而提出推廣和應(yīng)用虛擬實驗教學(xué)的策略，以期為教育教學(xué)改革發(fā)展提供理論參考依據(jù)。

一、虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)中的SWOT分析

筆者根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗，以及對虛擬實驗應(yīng)用到化學(xué)教學(xué)中的探究，向同行教師和學(xué)生發(fā)放調(diào)研問卷，并查閱相關(guān)文獻資料。運用SWOT模型，從內(nèi)部優(yōu)勢（S）、內(nèi)部劣勢（W）、外部機遇（O）、外部威脅（T）這四方面，對虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用進行綜合分析。

（一）內(nèi)部優(yōu)勢（S）

1.虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容豐富。農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)的開展主要受實驗條件、實驗藥品、專業(yè)實驗技術(shù)人員等因素的限制，部分高難度、危險性化學(xué)實驗僅僅在課堂通過理論方式講授，意味著學(xué)生實際動手參與和實踐的化學(xué)實驗有所不足。而虛擬實驗可借助于多媒體、仿真和VR等現(xiàn)代新技術(shù)生動形象地向?qū)W生展示，從實驗開始注意事項、實驗準備階段、實驗過程到實驗結(jié)果都可以一一展示，同學(xué)們上課沉浸感較強，一定程度上豐富了化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)實驗課程的興趣，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

2.虛擬實驗安全性高。在初中化學(xué)實驗過程中會涉及使用濃硫酸、鹽酸、高錳酸鉀等具有腐蝕性、毒性試劑藥品，在濃硫酸稀釋、氧氣制取、酒精燈使用等實驗過程中往往伴隨有爆炸、著火、中毒等危險。對于初次接觸化學(xué)實驗的學(xué)生，實驗操作流程不夠熟練，任課教師需要在前期做實驗室安全培訓(xùn)工作，藥品取放及過程操作往往由老師操作，并有3-4名學(xué)生協(xié)助，盡可能規(guī)避實驗過程中的實驗風(fēng)險。而虛擬實驗教學(xué)在安全性方面具有絕對性保證，突破了對實驗場所的要求，避免因?qū)嶒灢僮鞑划斠鸬陌踩燥L(fēng)險，這也是虛擬實驗教學(xué)受歡迎的主要因素。

3.虛擬實驗教學(xué)體驗感更強。相比傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)，虛擬實驗教學(xué)帶給學(xué)生的體驗感更加深厚，實驗過程中會將比較復(fù)雜或重要的實驗操作環(huán)節(jié)、實驗反映現(xiàn)象、實驗易錯地方等通過特效顯示，學(xué)生更容易明白實驗的原理和實驗的反應(yīng)過程。而在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，同學(xué)們往往注意到實驗的“表象”，對于實驗反應(yīng)過程理解不夠。虛擬實驗在一定程度上實現(xiàn)了化學(xué)實驗過程的全方位觀察。

（二）內(nèi)部劣勢（W）

1.虛擬實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生實踐操作能力欠缺（W1）。盡管虛擬實驗教學(xué)借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)擁有傳統(tǒng)實驗教學(xué)所不能及的優(yōu)勢，然而在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決實際困難、動手操作和實踐能力方面仍呈現(xiàn)出一定的不足?；瘜W(xué)實驗的操作過程往往并不是嚴格按照理論預(yù)設(shè)方向發(fā)展，在實際操作過程中會出現(xiàn)各種意外致使實驗失敗，而恰恰發(fā)現(xiàn)問題、解決問題也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力和實際動手操作能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而這也是虛擬實驗教學(xué)的主要短板。

2.虛擬實驗教學(xué)易忽視培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識。虛擬化學(xué)實驗教學(xué)可以形象而生動地展示課程教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容也受到同學(xué)們的喜愛，但培養(yǎng)義務(wù)教育階段學(xué)生的動手能力、團隊協(xié)作能力、反思能力等同等重要，這也恰恰是虛擬實驗教學(xué)的短板所在。虛擬實驗教學(xué)往往展示成功而又形象的實驗過程，這也將導(dǎo)致學(xué)生忽視實際動手操作以及團隊合作意識，同時更體驗不到化學(xué)實驗動手操作過程中的快樂和興趣。

（三）外部機遇（O）

1.國家大力支持，政策環(huán)境良好。近年來，隨著素質(zhì)教育大發(fā)展，國家陸續(xù)出臺一系列政策，為虛擬實驗教學(xué)推廣和應(yīng)用發(fā)展奠定了良好的政策基礎(chǔ)。2010年，教育部發(fā)布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》；緊接著2012年教育部頒布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》，指出要促進優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享，推進信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。2017年，教育部辦公廳關(guān)于開展2017年示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知。2019年11月，教育部印發(fā)了《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》，意見指出鼓勵教師在今后的教學(xué)中應(yīng)注重將傳統(tǒng)實驗教學(xué)與現(xiàn)代科技有機融合，切實增強實驗教學(xué)的趣味性和吸引力，提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效果。

2.符合義務(wù)教育需求，發(fā)展前景廣闊。隨著教育理念的不斷深入人心，家長、學(xué)生對優(yōu)質(zhì)教育資源的呼吁越來越高，虛擬實驗教學(xué)已經(jīng)成為素質(zhì)教育教學(xué)改革的一大趨勢。近年來，國家大力推行教育資源共享，虛擬實驗教學(xué)視頻資源將不再局限于學(xué)校，學(xué)生可借助網(wǎng)絡(luò)平臺隨時觀看，具有廣闊的發(fā)展前景。

（四）外部威脅（T）

1.師生實驗教學(xué)意識淡薄。一方面，受應(yīng)試教育影響，部分教師化學(xué)實驗教學(xué)意識比較淡薄，認為化學(xué)實驗教學(xué)浪費時間，容易影響課程進度，一般將實驗教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)檠菔緦嶒?，部分轉(zhuǎn)為理論講授和習(xí)題講解，從而達到提高考試分數(shù)的目的；另一方面，目前初中生會考中，對化學(xué)實驗的考查主要集中在實驗內(nèi)容和實驗方法方面，忽視學(xué)生動手能力的考核，從而不利于學(xué)生動手能力和實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生對實驗教學(xué)往往處于被動應(yīng)付狀態(tài)，缺乏參與并實踐探索的積極性。

2.虛擬實驗教學(xué)模式不夠成熟。盡管虛擬實驗教學(xué)比傳統(tǒng)實驗教學(xué)更有優(yōu)勢，但虛擬實驗教學(xué)在大部分農(nóng)村地區(qū)初中化學(xué)實驗教學(xué)中并沒有得到廣泛推廣普及，學(xué)校缺乏虛擬實驗教學(xué)場所，虛擬實驗教學(xué)在課程教學(xué)環(huán)節(jié)沒有設(shè)置。部分教師雖然贊成虛擬實驗在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，但教師自身能力還有待進一步提高，部分教師在實驗教學(xué)時，仍然采用傳統(tǒng)講授的方式，虛擬實驗在實驗教學(xué)中的應(yīng)用并沒有真正落到實處。

二、虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中的發(fā)展策略

根據(jù)對虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗發(fā)展的SWOT分析，進行兩兩交叉組合，可得到虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗發(fā)展的SO策略、ST策略、WO策略和WT策略。

（一）SO策略：加強虛擬實驗教學(xué)建設(shè)，提高實驗教學(xué)效率

虛擬實驗教學(xué)作為目前我國素質(zhì)教育教學(xué)改革的一大趨勢，校領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)加強層次設(shè)計，充分認識到虛擬實驗教學(xué)在現(xiàn)代化教育教學(xué)改革發(fā)展中的重要性，整合教育資源，搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，并將虛擬教學(xué)納入課程教學(xué)體系，深層次發(fā)揮虛擬實驗教學(xué)優(yōu)勢，切實提高農(nóng)村地區(qū)化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，并將化學(xué)虛擬實驗教學(xué)案例及時在物理、生物等課程中推廣應(yīng)用。

（二）WO策略：創(chuàng)新虛擬實驗教學(xué)模式，提高化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量

探尋虛擬實驗與傳統(tǒng)線下實驗教學(xué)的平衡點。根據(jù)相關(guān)的教學(xué)設(shè)計理論和構(gòu)建主義理論，建立與虛擬實驗相適應(yīng)的教學(xué)模式，提高實驗教學(xué)效果，助力高效課堂的構(gòu)建?；瘜W(xué)實驗課程教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)充分發(fā)揮線下實驗和虛擬實驗優(yōu)勢，將“線上+線下”教學(xué)優(yōu)勢互補，多措并舉提高農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）ST策略：提高教師實驗意識和教學(xué)水平，發(fā)揮虛擬實驗教學(xué)優(yōu)勢

農(nóng)村初中辦學(xué)條件相對比較簡陋，師資隊伍建設(shè)程度較低。首先，學(xué)校要鼓勵老師多走出去交流學(xué)習(xí)，多了解教育發(fā)達城市的教學(xué)現(xiàn)狀，拓展教師思維深度和廣度；其次，學(xué)校要鼓勵教師利用現(xiàn)代化多媒體技術(shù)，定期邀請校內(nèi)外優(yōu)秀教師開展虛擬實驗教學(xué)觀摩課、示范課，不斷加強教師實驗教學(xué)專業(yè)知識，提高實驗教學(xué)技能。

（四）WT策略：加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)督導(dǎo)，學(xué)生考核多元化

在初中化學(xué)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)校職能部門要充分發(fā)揮日常督導(dǎo)檢查工作，校領(lǐng)導(dǎo)通過“聽、評”環(huán)節(jié)，督促教師嚴格按照課程目標開展化學(xué)實驗教學(xué)活動。與此同時，強化化學(xué)實驗考核的多元化，將日常動手實踐過程考核納入平時成績或期末成績。多措并舉推動虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中健康、持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]朱世根.初中化學(xué)教學(xué)中虛擬實驗的設(shè)計與應(yīng)用[D].岳陽：湖南理工學(xué)院，2020.

[2]岑瑤，胡琴，魏芳弟，等.虛擬實驗室分析化學(xué)實驗教學(xué)應(yīng)用及效果分析[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2018（02）：151-153.

[3]郭亞杰，張振新，楊振興，等.“中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計研究”課程項目化教學(xué)策略[J].淮北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017（04）：92-96.

[4]伍婷，許蘇宜，張亞鵬，等.虛擬實驗技術(shù)在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用與實踐[J].化學(xué)教育，2017（05）：58-61.

[5]王楚旋.虛擬實驗輔助初中化學(xué)實驗教學(xué)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2019.

[6]朱敏，劉鵬飛.虛擬實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用策略研究[J].軟件導(dǎo)刊，2013（06）：166-168.

[7]付超強.基于Unity3D的初中化學(xué)虛擬實驗教學(xué)資源設(shè)計與應(yīng)用研究[D].南昌：江西科技師范大學(xué)，2022.

[8]陳春燕.初中化學(xué)“虛擬實驗”教學(xué)實踐應(yīng)用路徑探究[J].數(shù)理化解題研究，2022（14）：128-130.

[9]師宏佳，顧佳麗.基于移動端虛擬實驗室開展雙線融合式初中化學(xué)實驗教學(xué)——以高錳酸鉀制氧氣實驗為例[J].求知導(dǎo)刊，2022（04）：92-94.

[10]周子晴，陸聞燁.虛擬實驗在初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用策略[J].實驗教學(xué)與儀器，2021（Z1）：82-84.

[11]朱世根，華杰.NOBOOK虛擬實驗在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以“一氧化碳的性質(zhì)”教學(xué)設(shè)計為例[J].廣東化工，2019（21）：182-185.

[12]魏江明.中學(xué)化學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2015.

[13]吳婷婷.基于NOBOOK虛擬實驗平臺的初三化學(xué)實驗課程應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2020.

[14]劉興德.甘肅省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展綜合評價及策略研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2019.

[15]黃平，王文婷，程港鎂，等.基于PEST-SWOT模型的縣域醫(yī)療衛(wèi)生共同體發(fā)展策略探討[J].中國農(nóng)村衛(wèi)生事業(yè)管理，2022（07）：502-505+520.

（本文系2022年度甘肅省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃一般課題“虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探究”的研究成果，課題立項號：GS[2022]GHB0855）

編輯：張昀