陳春燕

(江蘇省啟東折桂中學(xué) 226200)

以信息技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)出來的虛擬實驗對初中實驗課堂來說能夠帶來更多的優(yōu)勢，例如仿真實驗室可以通過模擬實驗環(huán)境開展各種花絮實驗，突破了條件和空間的限制，也能夠強化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.很多化學(xué)實驗需要比較精密的儀器和精確的環(huán)境，而在現(xiàn)實課堂上是無法實現(xiàn)的.而利用虛擬技術(shù)可以將很多實驗展示出來，為課堂提供豐富的感官體驗，從而有利于提高實驗教學(xué)的質(zhì)量.所以深入研究虛擬實驗在實驗教學(xué)的應(yīng)用方式是教育發(fā)展的需求，也是新時代對教師能力的要求.

1 豐富虛擬輔助教具，提高實驗的生動性

在初中化學(xué)實驗課堂的教學(xué)中，教師需要重視對學(xué)生實踐能力和探索能力的培養(yǎng)，根據(jù)當(dāng)下新時代教育的要求，化學(xué)教學(xué)也應(yīng)該盡量讓學(xué)生參與到實驗實踐中，通過引導(dǎo)學(xué)生觀察真實的實驗現(xiàn)象去思考化學(xué)問題，從中總結(jié)出化學(xué)規(guī)律，幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)的理論知識，才能夠提升學(xué)生的應(yīng)用能力.而化學(xué)實驗需要豐富的工具，但是初中化學(xué)大部分知識研究的是具有理想形態(tài)的現(xiàn)象，實驗無法在正常的環(huán)境下開展，而虛擬技術(shù)可以提供豐富的教輔工具，比如虛擬實驗室、在線模擬軟件以及視頻投放等，通過對虛擬環(huán)境的創(chuàng)建去模擬化學(xué)現(xiàn)象和實驗過程，給予學(xué)生更加真實的學(xué)習(xí)體驗，同時也能夠讓實驗課堂變得更加生動.例如在學(xué)習(xí)分子和原子結(jié)構(gòu)的過程中，可以利用虛擬實驗中的交互技術(shù)向?qū)W生展示立體空間中分子原子的形狀、組成，從而幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)模型，培養(yǎng)其化學(xué)思維.而且這樣的虛擬實驗更加真實和具體，學(xué)生可以得到立體的視覺體驗，而教師在教學(xué)中也擁有了更加多樣化的展示途徑.因此教師在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)時需要深入研究虛擬實驗的應(yīng)用方式，特別是在實驗教學(xué)中的一些教學(xué)工具和軟件，教師們應(yīng)該提前了解和熟悉，并且掌握不同軟件使用的方法.比如虛擬軟件、信息交互式平臺等，要能夠利用虛擬技術(shù)將實驗的內(nèi)容、過程以及操作的步驟等設(shè)計到軟件上，向?qū)W生展示具有交互性、真實性以及形象性的實驗課堂.

2 整合各種虛擬工具，提高實驗的真實性

教師需要充分利用各種虛擬的教輔工具，為學(xué)生構(gòu)建一個以認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的虛擬實驗課堂，提高學(xué)生的探索能力和自主學(xué)習(xí)意識，通過將主客體信息進行交互，推動學(xué)生在虛擬實驗中將知識經(jīng)驗和實踐活動進行充分地整合，并且可以在虛擬實驗場景中實現(xiàn)對實驗的操作，觀察動畫演示，不斷完善學(xué)生的化學(xué)思維.比如在教學(xué)九年級上冊有關(guān)分子的知識時，教師可以利用虛擬實驗設(shè)計探究分子特征的實驗方案，讓學(xué)生可以用分子的觀點解釋生活中核試驗中的現(xiàn)象.在該虛擬實驗中，教師首先要使用實驗創(chuàng)編系統(tǒng)對VR仿真交互課件進行創(chuàng)編，通過檢驗氧氣實驗的創(chuàng)編向?qū)W生展示生活現(xiàn)象，然后利用3D交互課件模擬放飛孔明燈，證明分子之間有間隔.再用3D交互課件驗證液氧的助燃性，通過虛擬實驗的展示讓學(xué)生明白不同種分子的化學(xué)性質(zhì)是不同的.這些虛擬實驗都可以用視頻的方式展示出來，避免了危險的產(chǎn)生，同時也更加全面.另外，教師還可以讓學(xué)生進行VR實驗，利用仿真實驗室來探究更多的化學(xué)問題，利用虛擬化學(xué)實驗的應(yīng)用去強化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗.

教師在應(yīng)用虛擬實驗開展教學(xué)活動時，要注重本質(zhì)問題的突出，有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)意識，VR體驗技術(shù)的出現(xiàn)為虛擬實驗在化學(xué)課堂上的應(yīng)用提供有力的支持.虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗有明顯的不同，不僅方便操作，也有很好的互動性，化學(xué)實驗要使用多種實驗器材和化學(xué)材料，采取虛擬實驗的形式能極大地避免資源的浪費，學(xué)生也能很好地體驗到化學(xué)實驗的全過程.教師要對虛擬實驗的本質(zhì)引起重視，應(yīng)用的化學(xué)元素與實驗相一致，讓學(xué)生能夠更好理解化學(xué)知識.學(xué)生是學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的主體，教師負(fù)責(zé)為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在實驗活動中設(shè)置科學(xué)的情境并有效引導(dǎo).主要是實驗操作，設(shè)計過程仍然要求學(xué)生獨立完成，這也是強化虛擬實驗價值的正確做法，保持學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)活動中的活力.

3 科學(xué)設(shè)計實驗環(huán)節(jié)，提高實驗的探索性

首先，教師需要利用虛擬技術(shù)來做好實驗的準(zhǔn)備，針對化學(xué)實驗的內(nèi)容、目標(biāo)等來規(guī)劃好課堂的重點，并且用AR技術(shù)來設(shè)計好教學(xué)的流程和內(nèi)容，從而能夠縮短教學(xué)的時間，教師也可以擁有更多的精力對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行指導(dǎo).其次，虛擬實驗可以通過交互性的特點為學(xué)生提供一個平等交流的平臺，因此教師在實驗設(shè)計時可以在實驗中構(gòu)建一個信息輸入、輸出一一對應(yīng)的場景，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能夠進行實時的信息反饋.在初中化學(xué)實驗課堂上，教師還可以利用虛擬實驗來模擬各種真實場景，激發(fā)學(xué)生進行實驗研究的興趣，通過將生活現(xiàn)象和化學(xué)問題結(jié)合起來，使得化學(xué)實驗更加真實生動，給學(xué)生的視覺、聽覺以及各個感官帶來深入地學(xué)習(xí)體驗，因此在教學(xué)化學(xué)課時，教師要盡可能地從生活實際出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)知識進行思考.在應(yīng)用虛擬實驗時，教師可以利用交互技術(shù)、仿真技術(shù)等功能對相關(guān)的信息進行整合，從而塑造真實的學(xué)習(xí)場景.當(dāng)然，在設(shè)計實驗環(huán)節(jié)時，也要發(fā)揮AR技術(shù)的價值和優(yōu)勢，通過創(chuàng)建真實的生活場景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時展示多維實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，幫助學(xué)生創(chuàng)建立體的學(xué)習(xí)模式，促進學(xué)生構(gòu)建全面知識系統(tǒng)，提升學(xué)生的認(rèn)知能力.

例如，在教學(xué)九年級下冊第八單元有關(guān)金屬化學(xué)性質(zhì)時，要開展金屬物理性質(zhì)和某些化學(xué)性質(zhì)的實驗，為了讓學(xué)生了解更多金屬的性質(zhì)，教師可以利用虛擬實驗室引導(dǎo)學(xué)生開展對金、銀等金屬的探索.先出示一些生活中人們在接觸、使用金銀等首飾的場面，如銀鐲子變黑、金子耐燒等，以此引發(fā)學(xué)生對金銀化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的思考.再讓學(xué)生針對實驗的內(nèi)容設(shè)計實驗方法和實驗的目的，然后讓學(xué)生在虛擬實驗室中選擇所需要的實驗材料、工具.最后可以通過燃燒實驗、化學(xué)反應(yīng)等實驗去探索，在虛擬實驗室中開展實驗可以豐富實驗的內(nèi)容和類型，也可以針對學(xué)生的實驗環(huán)境進行監(jiān)督，提高實驗質(zhì)量.

4 豐富虛擬實驗類型，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

虛擬實驗的應(yīng)用除了可以創(chuàng)建比較真實的虛擬實驗環(huán)境，給予學(xué)生一個沉浸式的實驗場景之外，還可以在有限空間內(nèi)展示復(fù)雜多樣的實驗現(xiàn)場，從而突破當(dāng)下初中化學(xué)實驗教學(xué)的瓶頸，讓實驗課堂變得豐富多樣.

例如以上提到的分子和原子的探索模擬實驗，實際上就是將宏觀教學(xué)場景與AR技術(shù)進行融合的結(jié)果，主要可以引導(dǎo)學(xué)生從宏觀的角度來分析原子和分子的區(qū)別，從微觀上去了解其結(jié)構(gòu)特點.教師還可以利用虛擬實驗中的模擬實驗創(chuàng)建交互式環(huán)境，學(xué)生不僅可以觀察，還可以通過虛擬地操作去了解分子和原子在運動過程中形成的原理，也能夠使許多無法利用真實實驗驗證的化學(xué)現(xiàn)象展示出來.例如石墨的微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)量守恒定律的驗證等.其次是利用虛擬實驗來展示微觀實驗場景，例如研究水的組成，教師可以利用虛擬實驗去創(chuàng)建虛擬環(huán)境，探索水分子的各種微觀組成.除此之外，虛擬實驗還可以與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)結(jié)合起來，促進學(xué)生去開展仿真實驗探索.比如在研究氧氣的實驗室制取與性質(zhì)的實驗時，學(xué)生可以在虛擬實驗技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)支持下調(diào)整相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)，設(shè)計實驗過程，并且選擇實驗器材，從而自主構(gòu)建實驗過程.例如對實驗原料的制取、實驗工具的使用、實驗現(xiàn)象的記錄等，促進學(xué)生更加近距離地觀察實驗現(xiàn)象.而在此過程中，教師可以讓學(xué)生靈活運用軟件設(shè)計不同的實驗問題，有利于強化實踐研究的體驗，也能夠提高學(xué)習(xí)效果.同時教師也可以實時查看學(xué)生的實驗情況，掌握他們的實驗水平，以此來開展針對性指導(dǎo)，提升學(xué)生實驗探索能力.

5 模擬危險化學(xué)實驗，增強學(xué)生理解體驗

教師可使用虛擬實驗為學(xué)生呈現(xiàn)一些錯誤操作并產(chǎn)生不良的后果.比如加熱高錳酸鉀制備氧氣，正確的操作是實驗反應(yīng)結(jié)束后，先把導(dǎo)管撤出水槽，然后再熄滅酒精燈.如果實驗操作失誤，先把酒精燈熄滅，然后再把導(dǎo)管撤出水槽，就會發(fā)生水倒吸的現(xiàn)象，試管也有炸裂的可能.再比如稀釋濃硫酸的實驗，正確的操作是將酸加入水，而不是將水倒進酸，錯誤的操作會導(dǎo)致液體劇烈沸騰，四處飛濺的酸液是非常危險的.教師在實際做實驗時，不會在學(xué)生面前做錯誤的示范，否則將危及個人的人身安全.而如果只是單純地口頭表述，學(xué)生則可能不以為然，印象也不夠深刻.此時就可以使用虛擬實驗為學(xué)生演示錯誤的操作，虛擬實驗完全不需要擔(dān)心安全問題，但是又能給學(xué)生帶來逼真的體驗，在視覺上和聽覺上感受到錯誤實驗的危害性.這種直觀的體驗?zāi)軌蛟趯W(xué)生的頭腦中留下深刻的印象，這對學(xué)生增強規(guī)范操作實驗的意識非常有效.

虛擬實驗不僅可以模擬危險的化學(xué)實驗操作，還能模擬定量類的實驗，進而生成正確的數(shù)據(jù)表格，形成正確的化學(xué)圖像.應(yīng)用虛擬化學(xué)實驗平臺，將定性的化學(xué)實驗轉(zhuǎn)化為定量的化學(xué)實驗，可不使用傳感器這一類高端的化學(xué)實驗設(shè)備.

綜上所述，在初中化學(xué)實驗教學(xué)中，虛擬實驗的應(yīng)用是新時代發(fā)展的重要方向，同時也是提高整個教學(xué)質(zhì)量的重要手段.在具體課堂上如何應(yīng)用虛擬實驗還需要根據(jù)學(xué)生實際學(xué)習(xí)需求和內(nèi)容去進行設(shè)計，而且教師也要提升對新技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)能力，為學(xué)生創(chuàng)建一個真實有效的實踐環(huán)境，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.