數(shù)字化助力下的初中科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)探析

韋衛(wèi)林

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化教育正在深刻改變著傳統(tǒng)教育的形態(tài)與模式。在初中科學(xué)教育領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、驗(yàn)證科學(xué)理論、提升科學(xué)素養(yǎng)的重要手段。然而，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受制于資源、時(shí)間和安全性等多重因素的制約，有時(shí)難以充分滿(mǎn)足廣大初中生的實(shí)驗(yàn)需求和個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)?；诖?，教師要能改變教學(xué)觀念，充分利用數(shù)字化技術(shù)助力初中科學(xué)課堂教學(xué)。

初中科學(xué)教育階段是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)啟蒙和養(yǎng)成的關(guān)鍵時(shí)期，然而受制于實(shí)物實(shí)驗(yàn)條件限制、安全性顧慮等問(wèn)題，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式難以滿(mǎn)足所有教學(xué)需求。因此，數(shù)字化助力下的初中科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究顯得尤為迫切和重要。本文旨在深入剖析數(shù)字化虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在初中科學(xué)教育中的實(shí)踐應(yīng)用及其價(jià)值體現(xiàn)，為科學(xué)教育的現(xiàn)代化改革提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

? 一、選擇與整合優(yōu)質(zhì)資源

在數(shù)字化助力下的初中科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首要策略是精心挑選并整合適應(yīng)初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)資源。教師應(yīng)當(dāng)對(duì)照初中科學(xué)教材的內(nèi)容，尋找與之配套或者能夠有效補(bǔ)充教材知識(shí)點(diǎn)的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保虛擬實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)緊密銜接，有助于鞏固和深化學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。同時(shí)教師要對(duì)比各類(lèi)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的功能性、交互性、安全性等因素，例如選用符合國(guó)家教育信息化標(biāo)準(zhǔn)且具有良好用戶(hù)口碑的平臺(tái)，如“中學(xué)科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室”“科樂(lè)思虛擬實(shí)驗(yàn)室”等，這些平臺(tái)可能包含模擬物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科實(shí)驗(yàn)?zāi)K。初中科學(xué)課程中涉及的典型實(shí)驗(yàn)，如光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的光路圖制作、力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的力臂測(cè)量、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電路連接與故障排查、生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的生態(tài)系統(tǒng)模擬等，都可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重現(xiàn)和深入探究。例如在初中科學(xué)的光學(xué)單元中，教師可以選擇一款能夠模擬光的反射、折射、成像規(guī)律的虛擬實(shí)驗(yàn)工具，讓學(xué)生在安全、便捷的環(huán)境中改變光源位置、角度或介質(zhì)屬性，直觀地觀察并理解光的傳播規(guī)律，而無(wú)需受限于實(shí)物實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)際環(huán)境的影響。同時(shí)，還可以通過(guò)數(shù)字化手段收集數(shù)據(jù)，輔助學(xué)生繪制光路圖、計(jì)算相關(guān)物理量，從而加深對(duì)光學(xué)理論的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用能力。

? 二、結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂模式的應(yīng)用

在數(shù)字化助力下的初中科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，翻轉(zhuǎn)課堂是一種有效的教學(xué)策略，它能夠充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，重新分配課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)時(shí)間，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究的能力。教師可以預(yù)先錄制或選取優(yōu)質(zhì)的虛擬實(shí)驗(yàn)視頻教程，上傳至在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)，供學(xué)生在課前預(yù)習(xí)。比如在學(xué)習(xí)“浮力”章節(jié)時(shí)，學(xué)生可以在家通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件自行操作船只模型，改變船的形狀、載重以及浸入水中的體積，實(shí)時(shí)觀察浮力的變化，從而理解阿基米德原理。學(xué)生在完成虛擬實(shí)驗(yàn)后，還需要記錄實(shí)驗(yàn)步驟、觀察結(jié)果以及初步分析，為課堂討論做好準(zhǔn)備。課堂上，教師不再重復(fù)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而是直接進(jìn)入討論和答疑環(huán)節(jié)，針對(duì)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行集中講解。例如教師可以根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，挑選典型問(wèn)題進(jìn)行剖析，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)的異同，深入探討浮力產(chǎn)生的原因及其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。此外，還可以組織小組合作活動(dòng)，讓學(xué)生分組交流各自的實(shí)驗(yàn)心得，共同解決復(fù)雜問(wèn)題，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題的能力。

? 三、混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

在數(shù)字化助力下的初中科學(xué)教學(xué)中，混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略結(jié)合了虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的溶解與結(jié)晶”這一知識(shí)時(shí)，教師可以先利用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件讓學(xué)生在課前進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，觀察不同物質(zhì)在水中溶解的過(guò)程，調(diào)控溫度、溶劑質(zhì)量等因素，直觀地理解溶解度曲線(xiàn)的形成。而在課堂上，則組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)體實(shí)驗(yàn)，親手操作實(shí)驗(yàn)器材，親自稱(chēng)量溶質(zhì)、溶劑，真實(shí)感受溶解過(guò)程，通過(guò)實(shí)體操作來(lái)驗(yàn)證和深化虛擬實(shí)驗(yàn)中的理論知識(shí)。對(duì)于一些受到條件限制或具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，如“電解水實(shí)驗(yàn)”或“燃素說(shuō)的歷史實(shí)驗(yàn)”，虛擬實(shí)驗(yàn)可以很好地模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象，讓學(xué)生安全地觀察到氫氣和氧氣的產(chǎn)生，理解化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，而無(wú)需擔(dān)心實(shí)驗(yàn)安全隱患。盡管虛擬實(shí)驗(yàn)在很大程度上彌補(bǔ)了實(shí)體實(shí)驗(yàn)的不足，但實(shí)體實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手操作過(guò)程仍然是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。在學(xué)習(xí)“杠桿原理”時(shí)，學(xué)生在虛擬環(huán)境中理解并操作不同類(lèi)型的杠桿后，仍需通過(guò)實(shí)體杠桿模型進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，以增強(qiáng)對(duì)力臂、力矩等概念的感知和理解。

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)為初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)辟了全新的可能性，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)以其獨(dú)特的靈活性、互動(dòng)性和安全性，極大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段和形式，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其科學(xué)探究能力與創(chuàng)新能力。

（作者單位：浙江省東陽(yáng)市六石街道初級(jí)中學(xué)）