虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

在素質(zhì)教育改革中，小學(xué)科學(xué)是重點(diǎn)內(nèi)容之一。傳統(tǒng)模式下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)已無法滿足學(xué)生對知識(shí)的需求。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，小學(xué)科學(xué)教育也在不斷地改進(jìn)。其中，虛擬實(shí)驗(yàn)是一種新型的教育手段，是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程并讓學(xué)生進(jìn)行觀察和操作的一種實(shí)踐方式。它能夠解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的安全隱患、費(fèi)用高昂等問題，同時(shí)能夠?yàn)閷W(xué)生提供更加直觀、靈活的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。本文就虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探究，以期為提升小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提供借鑒。

利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常重要。學(xué)生如果對學(xué)習(xí)沒有興趣，就很難主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中。因此，教師要充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)這種新穎、有趣的教學(xué)方式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)中。例如，在教學(xué)“探究影響電磁鐵的磁力大小與哪些因素有關(guān)”時(shí)，教師利用虛擬實(shí)驗(yàn)探究電磁鐵的磁力大小與電池的數(shù)量關(guān)系，分別將電磁鐵與一節(jié)電池、兩節(jié)電池和三節(jié)電池相連，引導(dǎo)學(xué)生觀察電磁鐵吸引鐵釘?shù)臄?shù)量并進(jìn)行對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電池的數(shù)量越多電磁鐵的磁力越強(qiáng)；電磁鐵的電池?cái)?shù)量一定時(shí)，讓電磁鐵分別與繞有不同匝數(shù)線圈的電磁鐵相連接，觀察電磁鐵吸引鐵釘?shù)臄?shù)量，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對比，得出電磁鐵的磁力大小與電磁鐵線圈的數(shù)量有關(guān)，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁力越強(qiáng)。虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更加直觀地感受到電磁鐵的磁力大小與哪些困素有關(guān)：當(dāng)電池的數(shù)量一定時(shí)，線圈的匝數(shù)越多，電磁鐵的磁力越大；當(dāng)電磁鐵的線圈一定時(shí)，連接的電池?cái)?shù)量越多電流越大，電磁鐵的磁力越強(qiáng)。學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，感受影響電磁鐵磁力大小的因素，在心中產(chǎn)生一種神秘感和新鮮感，主動(dòng)參與到課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)興趣很高。

利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬操作，幫助學(xué)生理解與掌握知識(shí)

虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的過程，在課堂教學(xué)中，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬操作，幫助學(xué)生理解與掌握所學(xué)知識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)“加快溶解”時(shí)，教師引領(lǐng)學(xué)生理解影響溶解快慢的第一種因素是溫度，要想知道紅糖溶解的快慢和溫度有什么關(guān)系，需要同時(shí)滿足以下條件：1.冷水和熱水；2.加入紅糖的量相同；3.加入水的量相同；4.必須同時(shí)加入。然后，教師讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)另外兩種：1.是否與攪拌有關(guān)；2.是否與紅糖的顆粒大小有關(guān)。設(shè)計(jì)完成后讓學(xué)生利用中央電教館虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)中的3D資源探究“溫度與紅糖溶解快慢的關(guān)系”“攪拌與溶解快慢的關(guān)系”，以及“紅糖顆粒大小與溶解快慢的關(guān)系”三個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)的操作，可以充分了解物質(zhì)溶解的快慢與溫度、是否攪拌和顆粒的大小有關(guān)，在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)興趣的同時(shí)提高動(dòng)手操作能力。

運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)與群體實(shí)驗(yàn)融合

群體實(shí)驗(yàn)是為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，一般在正常教學(xué)過程中并不主張用虛擬實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。但是在一些特殊情況下，無法設(shè)置實(shí)驗(yàn)室環(huán)境時(shí)，教師可以指導(dǎo)學(xué)生借助虛擬實(shí)驗(yàn)開展群體操作實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，在具體的教學(xué)中，教師要細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程，講清觀察實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生掌握正確的操作方法，避免將來在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)失誤。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)也可以建立在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。教師讓學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作練習(xí)，通過反復(fù)操作加深對該實(shí)驗(yàn)原理的理解。

例如，學(xué)習(xí)杠桿平衡的條件、特征、應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)時(shí)，由于條件的限制學(xué)生無法在實(shí)驗(yàn)室完成這一實(shí)驗(yàn)操作，教師往往通過視頻演示的方法開展演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法獲得直觀體驗(yàn)，教學(xué)效果大打折扣。虛擬仿真技術(shù)可幫助學(xué)生經(jīng)歷逼真的實(shí)驗(yàn)過程，還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在格如靈未來課堂課件《杠桿的平衡條件》中，教師首先讓學(xué)生通過交互手段來組裝一輛投石車，然后通過投石車的運(yùn)作原理給學(xué)生介紹杠桿原理。

運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)與探究實(shí)驗(yàn)融合

探究實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的能力和發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)，所以實(shí)驗(yàn)情境很重要。但在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)受外界因素影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差過大而影響實(shí)驗(yàn)效果。同時(shí)，探究實(shí)驗(yàn)不可避免地需要學(xué)生自由組合探究摸索實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)過程會(huì)存在一定的危險(xiǎn)，這就需要借助虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也可作為學(xué)生在開展真實(shí)的探究實(shí)驗(yàn)之前制定實(shí)驗(yàn)方法的依據(jù)來使用。這不僅大大提升了探究實(shí)驗(yàn)的效率，還確保了實(shí)驗(yàn)的安全。在教學(xué)中，我運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)程序，指導(dǎo)學(xué)生通過自由DIY設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在虛擬實(shí)驗(yàn)中自主選擇實(shí)驗(yàn)材料、探究驗(yàn)證設(shè)想，如學(xué)生有的用燃燒木棒，有的用蠟燭，有的用木炭……虛擬實(shí)驗(yàn)既可以規(guī)避實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，又可最大限度地體現(xiàn)探究性。格如靈未來課堂的《實(shí)驗(yàn)室安全》當(dāng)中通過VR的體驗(yàn)形式，模擬校園化實(shí)驗(yàn)安全課程，讓體驗(yàn)者在體驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)安全的實(shí)驗(yàn)操作，規(guī)避實(shí)驗(yàn)室里的不安全因素，以及掌握廢棄品的處理方法，任務(wù)玩法包括操作選擇、知識(shí)點(diǎn)科普及評分體系，加深用戶的參與感，體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的特性。

虛擬實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的作用及不足

小學(xué)生對未知事物充滿好奇，喜歡親自動(dòng)手操作，虛擬實(shí)驗(yàn)可以滿足學(xué)生的好奇心，幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)教學(xué)中學(xué)生不能親自實(shí)驗(yàn)的缺陷，為學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師可以將一些容易出錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)利用虛擬實(shí)驗(yàn)來解決。如“認(rèn)識(shí)空氣”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生輕松地學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，有效幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)未知的事物。

虛擬實(shí)驗(yàn)雖然為教師教學(xué)提供了便利，但是也存在一些問題。首先，部分教師對虛擬實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知度還不夠，在教學(xué)中往往不能充分地利用虛擬實(shí)驗(yàn)。其次，虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效果很難評價(jià)，在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)實(shí)驗(yàn)的視頻或者圖片進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以說是“盲人摸象”。最后，在實(shí)際操作過程中，教師還不能完全掌握虛擬實(shí)驗(yàn)的使用方法，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率不高。因此，教師在教學(xué)過程中要充分認(rèn)識(shí)到虛擬實(shí)驗(yàn)存在的不足，并對其進(jìn)行改進(jìn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用策略

虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比具有多種優(yōu)勢，如操作簡便，成本低廉，能夠模擬真實(shí)環(huán)境，等等。所以，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)，既可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然而，虛擬實(shí)驗(yàn)雖然有優(yōu)勢，但也存在一些不足之處。教師應(yīng)該將虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，并在教學(xué)中運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法。例如，教師可以讓學(xué)生通過實(shí)踐操作來驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而提高學(xué)生的操作水平和實(shí)際動(dòng)手能力；還可以與其他教師合作，將虛擬實(shí)驗(yàn)引入課堂。

小學(xué)科學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要積極運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來。虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用不僅能夠?qū)⒊橄蟮闹R(shí)具體化、形象化，還可以將復(fù)雜的知識(shí)簡單化、層次化，同時(shí)能促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提升。隨著我國教育事業(yè)的不斷發(fā)展，小學(xué)科學(xué)教學(xué)的模式在不斷改進(jìn)，教師需要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，合理地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)來開展教學(xué)活動(dòng)。但目前我國小學(xué)科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)展還處于初期階段，在未來的教育教學(xué)中，教師需要不斷探索和實(shí)踐虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，使虛擬實(shí)驗(yàn)更好地為小學(xué)科學(xué)教學(xué)服務(wù)，不斷推動(dòng)小學(xué)科學(xué)教學(xué)工作的開展。

（本文系2023年度河南省教育資源保障研究一般課題“中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入‘虛擬實(shí)驗(yàn)’的實(shí)踐研究”的成果。課題立項(xiàng)號(hào)：2023JZB306）