以虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化教學(xué)

〔摘 要〕 虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是一種創(chuàng)新教學(xué)方式，它能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，提高課堂教學(xué)效率。虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用能為學(xué)生提供個(gè)性化指導(dǎo)和實(shí)時(shí)評價(jià)，有效提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，并能可視化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，快速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，內(nèi)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)與技能。本文結(jié)合小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析，研究虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略以及方法。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)；優(yōu)化策略

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2025） 03 088-090

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)重要的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)充滿好奇心和學(xué)習(xí)興趣，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提高他們對科學(xué)學(xué)習(xí)的熱情和探究欲望。小學(xué)生因?yàn)槟挲g特點(diǎn)，思維方式和成人有所不同，需要通過不斷實(shí)踐獲取直接經(jīng)驗(yàn)來構(gòu)建知識(shí)體系。小學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵階段，學(xué)生在教師引導(dǎo)下進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，能有效加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，提高解決問題能力，鍛煉關(guān)鍵能力，培養(yǎng)科學(xué)思維。在實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式具有一定的局限性，限制了實(shí)驗(yàn)的開展。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上的運(yùn)用，能有效打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性。數(shù)字化技術(shù)中的虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用是一種科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新途徑。本文結(jié)合現(xiàn)今小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析，探究虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用的必要性和優(yōu)勢，以及應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

一、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

通過日常教學(xué)活動(dòng)和文獻(xiàn)的查詢，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)如今小學(xué)科學(xué)存在以下問題：首先，專業(yè)、專職科學(xué)教師的師資不足或不完備，很多科學(xué)課都是由其他學(xué)科教師兼職教學(xué)的。他們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上存在指導(dǎo)不到位、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)照搬硬套等問題，長此以往，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)。其次，實(shí)驗(yàn)器材不足、易損耗或不匹配。一些學(xué)校特別是農(nóng)村學(xué)校或較為偏遠(yuǎn)學(xué)校，科學(xué)課配套實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)備嚴(yán)重不足或者不能及時(shí)更新，較為陳舊，無法保證科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的正常進(jìn)行。最后，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)存在一些問題。如部分實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，不適合小學(xué)生操作；部分實(shí)驗(yàn)受客觀條件限制難以開展；還有一些實(shí)驗(yàn)概念較難理解。目前，大部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)還是局限在教室中，采用教師教學(xué)生跟著做實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生沒有深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)習(xí)不自主。這樣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，也難以培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

二、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Ц纳粕鲜銮闆r，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)方式。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生在智能設(shè)備上進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作，大大提高了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的自主性和趣味性。由于學(xué)生的發(fā)展水平不同，接受能力也有所差別，導(dǎo)致他們W0BbTmeqhn4+zFwXWXil5FDdPgCQidgZvwD167zji2U=課堂上的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)方式都不相同，而虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或者平臺(tái)具有規(guī)范的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)流程，能有效彌補(bǔ)兼職科學(xué)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)不到位的問題。且虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或者平臺(tái)可以提供多種實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以滿足不同程度學(xué)生的需要。以往的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多受限于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和時(shí)空，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容較為單一，方式比較固定、不靈活，而虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的運(yùn)用改變了實(shí)驗(yàn)受限于設(shè)備和時(shí)空的現(xiàn)狀，讓學(xué)生能自主決定實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和地點(diǎn)，提高了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效率。

三、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

信息技術(shù)的革新促使教育進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。現(xiàn)如今的教育已離不開信息技術(shù)的支持，而虛擬實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的一種新應(yīng)用。虛擬實(shí)驗(yàn)具有許多優(yōu)勢，在教學(xué)中能為師生提供更多機(jī)會(huì)和可能性，促進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。

（一）突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)限制，提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往受到設(shè)備、場地、時(shí)間等條件的制約，而虛擬實(shí)驗(yàn)軟件和平臺(tái)可以借助信息工具模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生利用智能設(shè)備自主選擇時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這種靈活性使學(xué)生可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，不受時(shí)間和空間的限制，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

（二）降低傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)的操作安全

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通常需要大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料，而虛擬實(shí)驗(yàn)則無須這些實(shí)體資源，降低了實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)避免了實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)，為學(xué)生提供了安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這使學(xué)生可以更加放心地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減少了實(shí)驗(yàn)安全事故的發(fā)生。

（三）提供多種典型實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)

虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或者平臺(tái)上都具備大數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含了不同情況的實(shí)驗(yàn)例子，能根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作在不同場景中模擬出不同的效果，有效幫助學(xué)生內(nèi)化實(shí)驗(yàn)知識(shí)與技能。同時(shí)，學(xué)生的發(fā)展水平不同，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或者平臺(tái)允許學(xué)生根據(jù)自己的水平選擇實(shí)驗(yàn)的難度和復(fù)雜度，進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，有效提高學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生自主化學(xué)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和質(zhì)量。

四、以虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)前的優(yōu)化策略

借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者軟件，學(xué)生可以在課前學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作，了解自己的學(xué)習(xí)情況和認(rèn)知水平。學(xué)生也可以通過課前虛擬實(shí)驗(yàn)的操作，提前掌握正確的實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)流程，將部分實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容前置，提高課堂學(xué)習(xí)效率。教師可以根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)反饋的學(xué)生課前進(jìn)行操作時(shí)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略，設(shè)計(jì)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)化策略

1.優(yōu)化教學(xué)流程

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采取“虛”“實(shí)”教學(xué)策略優(yōu)化教學(xué)流程。“虛”是指利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，讓學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作與觀察，提前感受實(shí)驗(yàn)的樂趣和挑戰(zhàn)，并且掌握實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以及虛擬實(shí)驗(yàn)中一些可能導(dǎo)致失敗的原因，避免在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中耗時(shí)耗材?！皩?shí)”指的是借助虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行操作后，利用現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行組裝操作，驗(yàn)證虛擬操作。小學(xué)科學(xué)是重視實(shí)踐操作的基礎(chǔ)性學(xué)科，虛擬實(shí)驗(yàn)操作有別于現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，他將在“虛”中所學(xué)的知識(shí)與技能內(nèi)化在“實(shí)”的操作中，減少器材損失，降本增效，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。

2.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的成敗。由于條件的限制，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中打造符合實(shí)驗(yàn)要求的環(huán)境是很難的，如無菌環(huán)境、真空環(huán)境等。還有些實(shí)驗(yàn)環(huán)境成本高，不適合小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)不能有效開展，如進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)四季循環(huán)、地球公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、火山爆發(fā)、地震等。結(jié)合智能設(shè)備，利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生身臨其境，有效解決了因條件限制而無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或者無法真實(shí)反饋實(shí)驗(yàn)效果的實(shí)驗(yàn)的問題。虛擬技術(shù)中的AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）和VR（虛擬實(shí)境技術(shù)）對設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境有顯著優(yōu)勢。首先，VR可以打造三維虛擬環(huán)境，使學(xué)生較為真實(shí)地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，甚至進(jìn)行錯(cuò)誤嘗試，而不必?fù)?dān)心真實(shí)世界中的風(fēng)險(xiǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)VR技術(shù)提供的沉浸式體驗(yàn)有助于加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解和記憶，使他們更深入地掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作方法。其次，AR技術(shù)通過將虛擬實(shí)驗(yàn)疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，為學(xué)生提供一個(gè)融合虛擬與真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生可以在真實(shí)場景中與虛擬元素進(jìn)行互動(dòng)，如通過AR眼鏡觀察器官功能、細(xì)菌繁殖等。這種技術(shù)不僅增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，還有助于學(xué)生提高科學(xué)應(yīng)用能力和問題解決能力。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或者平臺(tái)可以為學(xué)生提供一個(gè)沉浸式、互動(dòng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，增加學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)后的優(yōu)化策略

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析

虛擬實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，軟件能實(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，結(jié)合分析工具，學(xué)生能大大提高分析的效率。同時(shí)，教師可以利用數(shù)據(jù)，針對某個(gè)異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行探討，分析出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的原因。這不僅可以鍛煉學(xué)生分析能力和發(fā)散思維，還可以縮短數(shù)據(jù)分析的時(shí)間，增加學(xué)生深度思考的時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

2.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程

虛擬實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供重復(fù)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，以鞏固知識(shí)。教師可以安排一些拓展性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)研究，以此加深對該實(shí)驗(yàn)知識(shí)的理解和應(yīng)用。此外，有些虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通常具備自動(dòng)記錄和評估學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的功能。教師可以利用這些功能，及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，為他們提供有針對性的反饋和指導(dǎo)，讓實(shí)驗(yàn)過程更簡捷、有效。

3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

教師可以通過學(xué)生的操作過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對課堂教學(xué)效果進(jìn)行評估，以便及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師也可以挑選一些典型的虛擬實(shí)驗(yàn)案例，在課堂上進(jìn)行分享和討論，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助他們從多個(gè)角度理解實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象。同時(shí)，學(xué)生還能學(xué)習(xí)到其他學(xué)生的優(yōu)秀做法和思路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不局限于課本。此外，借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者軟件，讓學(xué)生嘗試一些因傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限而無法驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)想法，可以發(fā)散學(xué)生思維，提高他們創(chuàng)新思維能力，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

教師在課堂上運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)的方式之一，能有效改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。利用學(xué)生喜歡電腦、手機(jī)等智能設(shè)備的特點(diǎn)，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，能有效激發(fā)學(xué)生對小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者軟件提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和實(shí)時(shí)評價(jià)，能有效減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，將更多時(shí)間投入其他重點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)中，優(yōu)化科學(xué)課堂，使學(xué)生學(xué)習(xí)多元化、自主化和個(gè)性化，讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂更高效。

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