淺析虛擬實(shí)驗(yàn)平臺在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：虛擬實(shí)驗(yàn)是指在電腦設(shè)備上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)技術(shù)模擬相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程的教學(xué)方式。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生可以通過電子設(shè)備配備來進(jìn)行操作，無需注重教師的操作流程，只需要在屏幕上觀察和操作即可。這種教學(xué)模式可以避免由于看不清教師操作而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳的問題。本文首先分析了初中化學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的不足，闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的三大優(yōu)勢：有效保證實(shí)驗(yàn)安全性、提高課堂效率，以及減少資源浪費(fèi)。隨后，概述了初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的功能，并探討了在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的形式和策略。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；應(yīng)用形式；應(yīng)用策略

化學(xué)是一門自然科學(xué)，其基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)。在激發(fā)學(xué)生的探索欲望、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神方面，實(shí)驗(yàn)占據(jù)了重要地位。但傳統(tǒng)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏充足的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生無法熟練掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作過程。原因在于無法給學(xué)生提供參與實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)影響越來越凸顯，相應(yīng)地產(chǎn)生了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺。該平臺能夠引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐操作中參與，有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題。一方面，它能夠不斷提升學(xué)生的動手能力，另一方面，它能夠幫助學(xué)生獲取知識。

一、初中化學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中的不足

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師習(xí)慣性地先對理論與實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行講解，或在講解的過程中進(jìn)行動手操作，目的是確保學(xué)生具備一定的操作基礎(chǔ)。但學(xué)生在這個過程中如果沒有清晰地看到教師的實(shí)驗(yàn)操作流程，或者沒有看到教師的實(shí)驗(yàn)操作，就很容易造成實(shí)驗(yàn)操作錯誤或無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而影響學(xué)習(xí)效果，甚至導(dǎo)致無法專心或用心學(xué)習(xí)，進(jìn)而逐漸喪失學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣[1]。同時，教師在正式使用前沒有檢查故障，教學(xué)器材的質(zhì)量在實(shí)驗(yàn)操作過程中也不可控，因此會在整個實(shí)驗(yàn)過程中造成一定的安全隱患。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

（一）使實(shí)驗(yàn)安全性得到有效保證

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，各種實(shí)驗(yàn)相關(guān)安全事故時常發(fā)生。例如，如果學(xué)生錯誤理解操作步驟或沒有正確使用酒精，可能導(dǎo)致試驗(yàn)臺起火。而在虛擬實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生不需要擔(dān)心這些安全問題，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)操作失誤的情況下，他們只需要按動按鈕和鼠標(biāo)進(jìn)行操作。

（二）提升課堂效率

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教室后排的學(xué)生距離講師講臺較遠(yuǎn)。在這種影響下，很難觀察清楚教師的動作和操作流程，例如鐵在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)。如果學(xué)生沒有清晰地看到教師的各個步驟，就無法準(zhǔn)確操作，嚴(yán)重地影響了學(xué)習(xí)效果[2]。而應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，則能夠有效解決這一問題，提高課堂學(xué)習(xí)效率。通過屏幕全面、仔細(xì)觀察整個實(shí)驗(yàn)流程，學(xué)生能更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)操作。

（三）對資源浪費(fèi)進(jìn)行避免

在通常情況下，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要使用大量儀器和消耗大量化學(xué)藥品。引入虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)不僅可以大幅減少實(shí)驗(yàn)材料的損耗，還能節(jié)約長期使用的設(shè)備成本。許多化學(xué)藥品長期使用可能對學(xué)生和教師的健康造成損害，因?yàn)樗鼈冊谑褂煤罂赡軙尫庞泻怏w。采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以為學(xué)生提供一個安全、健康的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這樣不僅有效保障了教師與學(xué)生的安全，還避免了上述問題的發(fā)生。

三、初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺概述

在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的過程中，需要隨時隨地進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或反復(fù)實(shí)驗(yàn)，以清楚地講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或原理。同時，實(shí)驗(yàn)步驟難以完成、成本高、危險性大等問題也需要解決。為了有效解決這些問題，確保學(xué)生準(zhǔn)確完整地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟，降低學(xué)校成本，同時保障教師和學(xué)生的安全，開發(fā)了初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，其中包括實(shí)驗(yàn)儀器介紹、虛擬探究、演示實(shí)驗(yàn)等多種步驟和實(shí)驗(yàn)類型[3]。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的組成部分包括以下七項(xiàng)，功能各不相同：①素材庫。功能主要為實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用提供有利條件；②構(gòu)建工具。功能主要為有設(shè)計好的素材庫存在于這里，因此用戶要想將一套符合用戶需求的實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)建起來，僅需將素材組裝起來，在此過程中嚴(yán)格依據(jù)知識庫要求，且具有快捷、方便的整個構(gòu)建過程；③編輯工具。功能主要為從平臺導(dǎo)出課件使用或在平臺保存可見，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供便利；④方針工具。功能主要為依據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律將實(shí)驗(yàn)工具自動生成，完全類似于實(shí)際操作中使用的實(shí)驗(yàn)工具；⑤輔助工具。功能主要為輔助實(shí)驗(yàn)，途徑為將用戶所需的輔助工具提供出來，從而將有利條件提供給學(xué)生學(xué)習(xí)；⑥同步實(shí)驗(yàn)。功能主要為使大綱要求得到有效滿足，且是模擬實(shí)驗(yàn)，模擬操作一方面具有較高的安全性，另一方面基本類似于實(shí)際操作，目的為指導(dǎo)學(xué)生與教師；⑦交互實(shí)驗(yàn)。在遠(yuǎn)程交互實(shí)驗(yàn)中，有很多核心技術(shù)，其中交互實(shí)驗(yàn)是核心技術(shù)，用戶可以依據(jù)自身需求登錄平臺一同進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作。要想使時間與空間的交互得到真正實(shí)現(xiàn)，就必須在網(wǎng)絡(luò)上將該平臺連接起來。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺采用各種技術(shù)，有效解決了常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下難以克服的問題，從而獲得了更理想的教學(xué)效果。該平臺涵蓋了主流教材中所有探究性、分組和演示實(shí)驗(yàn)，與教材大綱相符合，確保了教學(xué)目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。此外，它提供了能夠動態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)的虛擬環(huán)境，以及對實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行精確控制的虛擬環(huán)境。這些特性不僅滿足了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)要求，而且保證了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在協(xié)同虛擬環(huán)境技術(shù)的支持下，平臺還能實(shí)現(xiàn)協(xié)同研究、遠(yuǎn)程和合作實(shí)驗(yàn)，顯著提升了教學(xué)效果。操作簡便是虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的另一大特點(diǎn)，用戶只需按照實(shí)驗(yàn)步驟逐步點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可[4]。例如，要觀看某個實(shí)驗(yàn)演示內(nèi)容，只需在菜單欄中選擇“同步實(shí)驗(yàn)”，接著點(diǎn)擊“演示實(shí)驗(yàn)”，然后選擇相應(yīng)的年級和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如“九年級上冊”的“分解過氧化氫制備氧氣演示實(shí)驗(yàn)”。在新課程改革背景下，將初中化學(xué)教學(xué)與信息技術(shù)整合是發(fā)展的必然趨勢。為了最大化這種整合的效果，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求合理應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用形式和策略

（一）以多媒體黑板形式融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有特殊性，一些意想不到的狀況極易在化學(xué)課堂教學(xué)過程中出現(xiàn)，給教師與學(xué)生帶來較大恐慌，特別是在對學(xué)生探究能力進(jìn)行培養(yǎng)的環(huán)境下。此時此刻學(xué)生具有較為專注的精神、較為活躍的思維。通常情況下能夠積極發(fā)揮主觀能動性，將一系列教學(xué)設(shè)計以外的問題尋找出來。如果合適的分析與直觀展示工具缺乏，教師就無法在工具輔助下有效教學(xué)，無法用常規(guī)手段將學(xué)生提出的問題展示出來或有效解釋。而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺則能夠?qū)⑦@一問題有效解決，其具有極為方便快捷的操作，能夠使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果進(jìn)行直觀地觀察，將理想的教學(xué)效果獲取過來。

（二）以課件形式融入課堂教學(xué)

在化學(xué)教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的目的是在各種教學(xué)資源支持下構(gòu)建教學(xué)環(huán)境。在此過程中，將各種技術(shù)手段綜合利用起來，并將合適的課程資源靈活選取出來，在此過程中嚴(yán)格依據(jù)課堂發(fā)展變化，從而使最優(yōu)化的教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)。而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺一方面具有強(qiáng)大的演示功能，能夠?qū)?shí)驗(yàn)裝置與儀器形象、直觀地展示出來，另一方面還能夠依據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容對多種豐富的教學(xué)資源進(jìn)行整合來將課件制作出來，在制作化學(xué)學(xué)科教學(xué)課件中極為適用。

基于此，在平臺以課件形式在課堂教學(xué)融入過程中應(yīng)該給予以下幾個方面以充分重視。①在應(yīng)用課件的策略方面，將學(xué)生解決與探究問題的能力逐漸培養(yǎng)起來；②在應(yīng)用課件的時機(jī)方面，首先應(yīng)該要直接用形象展示的方式將學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容的過程取代這一現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格避免，途徑為將一些思考的時間提供給學(xué)生，同時還應(yīng)該對課件和其他教學(xué)環(huán)節(jié)之間的相關(guān)性處理好；③在對課件進(jìn)行制作過程中在選擇使用平臺的必要性方面，應(yīng)該盡可能以直觀形象的方式來將教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)出來，途徑為在平臺輔助下將一系列化學(xué)情景創(chuàng)建出來。在制作課件的過程中，用Powerpoint這一傳統(tǒng)的課件制作工具無法使教學(xué)需求得到有效滿足，原因?yàn)槠錈o法將三維分子模型有效展示出來，也無法將電子式等有效展示出來，而將虛擬實(shí)驗(yàn)平臺選取出來就能夠?qū)⑦@些有效展示出來，從而將這一系列問題有效解決。當(dāng)然，不一定要對虛擬實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行應(yīng)用，如果傳統(tǒng)方式或其他媒介也能夠?qū)⑦@些難題解決的話。

（三）作為學(xué)生解決問題的支持工具

依據(jù)問題性質(zhì)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺可以分為以下幾種類型：①活動型，支持表現(xiàn)為學(xué)生在對化學(xué)實(shí)際問題進(jìn)行解決的過程中將所學(xué)的基礎(chǔ)技能與知識充分利用起來的能力；②驗(yàn)證型，支持表現(xiàn)為驗(yàn)證化學(xué)規(guī)律與其反應(yīng)的化學(xué)現(xiàn)象之間的相關(guān)性，在此過程中將出發(fā)點(diǎn)設(shè)定為學(xué)生所學(xué)的化學(xué)規(guī)律與原理，從而對學(xué)生理解化學(xué)規(guī)律與原理的力度進(jìn)行強(qiáng)化；③感知型，支持表現(xiàn)為將虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的一些功能充分利用起來進(jìn)行輔助教學(xué)，將化學(xué)學(xué)習(xí)過程中遇到的用黑板、掛圖等很難展示的分子立體模型等問題解決掉，一方面使學(xué)生將充分的直觀性認(rèn)知機(jī)會獲取過來，另一方面使微觀現(xiàn)象無法展現(xiàn)的缺憾得到有效滿足；④訓(xùn)練型，支持表現(xiàn)為學(xué)生在對化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)操作技能與方法進(jìn)行掌握的過程中將虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一個平臺，通過隨時隨地、反復(fù)練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作；⑤探索型，支持表現(xiàn)為通過對一些相似或相同實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)規(guī)律進(jìn)行模擬與探索，在此過程中將出發(fā)點(diǎn)設(shè)定為學(xué)生已經(jīng)掌握的化學(xué)規(guī)律，將學(xué)生科學(xué)探究與思維能力培養(yǎng)起來[5]。

（四）作為學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)的支持媒介

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺能夠?qū)⒅笇?dǎo)與知識資源支持提供給學(xué)生，幫助他們在課堂內(nèi)和課外進(jìn)行自主、探索、發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)。這是因?yàn)槠脚_集合了初中化學(xué)課本中的所有實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺具有可控性和交互性。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索類和驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)操作，驗(yàn)證他們提出的化學(xué)假設(shè)。在這個過程中，已有的化學(xué)藥品和儀器被視作基礎(chǔ)設(shè)定，相應(yīng)的規(guī)律也被描述出來。通過充分利用化學(xué)語言，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺一方面培養(yǎng)學(xué)生的觀察和思維能力，另一方面以簡潔的形式直觀展示化學(xué)現(xiàn)象和原理，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)知識深入探究的興趣。

總而言之，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師習(xí)慣性地先對理論與實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行講解，再進(jìn)行動手操作，目的是確保學(xué)生具備一定的操作基礎(chǔ)。但如果在此過程中，學(xué)生未能清晰地看到教師的實(shí)驗(yàn)操作流程，就很容易出錯或無法正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，這會影響學(xué)習(xí)效果，甚至導(dǎo)致學(xué)生失去對學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

為了避免和解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各種問題，教師可以運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺。這樣一來，既能有效避免操作危險和資源浪費(fèi)問題，又能大幅提升教學(xué)效果，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。同時，我們也應(yīng)準(zhǔn)確認(rèn)識到虛擬實(shí)驗(yàn)平臺在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助作用，避免將其優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為劣勢，盡量減少不必要的錯誤。學(xué)生是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的主體，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺能幫助他們有效掌握知識，實(shí)現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，為培養(yǎng)有探索精神和創(chuàng)新思維的新時代化學(xué)人才打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

綜上所述，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺是一種極具實(shí)用價值的化學(xué)教學(xué)輔助工具。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，它能夠?yàn)閷W(xué)生提供全方位、實(shí)時的視覺體驗(yàn)，以及更加真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。此外，它還是一種能夠有效避免教學(xué)過程中的安全問題和資源浪費(fèi)的新型教學(xué)方式。教師要充分認(rèn)識到虛擬實(shí)驗(yàn)平臺在初中化學(xué)教育中的重要性，積極引入其使用，用其為學(xué)生提供更加豐富和全面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)，從而更好地培養(yǎng)出合格的化學(xué)人才。

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