韋衛(wèi)林

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是計算機仿真技術(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，實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、驗證科學(xué)理論、提升科學(xué)素養(yǎng)的重要手段。然而，傳統(tǒng)實驗教學(xué)受制于資源、時間和安全性等多重因素的制約，有時難以充分滿足廣大初中生的實驗需求和個性化學(xué)習(xí)體驗?；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)鍵時期，然而受制于實物實驗條件限制、安全性顧慮等問題，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式難以滿足所有教學(xué)需求。因此，數(shù)字化助力下的初中科學(xué)虛擬實驗教學(xué)研究顯得尤為迫切和重要。本文旨在深入剖析數(shù)字化虛擬實驗教學(xué)在初中科學(xué)教育中的實踐應(yīng)用及其價值體現(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)虛擬實驗教學(xué)中，首要策略是精心挑選并整合適應(yīng)初中科學(xué)課程標準的高品質(zhì)虛擬實驗資源。教師應(yīng)當對照初中科學(xué)教材的內(nèi)容，尋找與之配套或者能夠有效補充教材知識點的虛擬實驗項目，確保虛擬實驗與理論教學(xué)緊密銜接，有助于鞏固和深化學(xué)生對科學(xué)概念的理解。同時教師要對比各類虛擬實驗室平臺的功能性、交互性、安全性等因素，例如選用符合國家教育信息化標準且具有良好用戶口碑的平臺，如“中學(xué)科學(xué)虛擬實驗室”“科樂思虛擬實驗室”等，這些平臺可能包含模擬物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科實驗?zāi)K。初中科學(xué)課程中涉及的典型實驗，如光學(xué)實驗中的光路圖制作、力學(xué)實驗中的力臂測量、電學(xué)實驗中的電路連接與故障排查、生態(tài)學(xué)實驗中的生態(tài)系統(tǒng)模擬等，都可以借助虛擬實驗進行重現(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)律的虛擬實驗工具，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，而無需受限于實物實驗器材和實際環(huán)境的影響。同時，還可以通過數(shù)字化手段收集數(shù)據(jù)，輔助學(xué)生繪制光路圖、計算相關(guān)物理量，從而加深對光學(xué)理論的認識和應(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)虛擬實驗教學(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驗的優(yōu)勢，重新分配課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)時間，增強學(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)的虛擬實驗視頻教程，上傳至在線學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生在課前預(yù)習(xí)。比如在學(xué)習(xí)“浮力”章節(jié)時，學(xué)生可以在家通過虛擬實驗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，實時觀察浮力的變化，從而理解阿基米德原理。學(xué)生在完成虛擬實驗后，還需要記錄實驗步驟、觀察結(jié)果以及初步分析，為課堂討論做好準備。課堂上，教師不再重復(fù)演示實驗過程，而是直接進入討論和答疑環(huán)節(jié)，針對學(xué)生在虛擬實驗預(yù)習(xí)中遇到的問題進行集中講解。例如教師可以根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告，挑選典型問題進行剖析，引導(dǎo)學(xué)生對比實體實驗與虛擬實驗的異同，深入探討浮力產(chǎn)生的原因及其在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。此外，還可以組織小組合作活動，讓學(xué)生分組交流各自的實驗心得，共同解決復(fù)雜問題，培養(yǎng)團隊協(xié)作解決問題的能力。

? 三、混合式實驗教學(xué)的應(yīng)用

在數(shù)字化助力下的初中科學(xué)教學(xué)中，混合式實驗教學(xué)策略結(jié)合了虛擬實驗與實體實驗的優(yōu)點，實現(xiàn)了二者優(yōu)勢互補，以達到最佳的教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的溶解與結(jié)晶”這一知識時，教師可以先利用虛擬實驗室軟件讓學(xué)生在課前進行模擬實驗，觀察不同物質(zhì)在水中溶解的過程，調(diào)控溫度、溶劑質(zhì)量等因素，直觀地理解溶解度曲線的形成。而在課堂上，則組織學(xué)生進行實體實驗，親手操作實驗器材，親自稱量溶質(zhì)、溶劑，真實感受溶解過程，通過實體操作來驗證和深化虛擬實驗中的理論知識。對于一些受到條件限制或具有一定危險性的實驗，如“電解水實驗”或“燃素說的歷史實驗”，虛擬實驗可以很好地模擬實驗過程和現(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)的實質(zhì)，而無需擔心實驗安全隱患。盡管虛擬實驗在很大程度上彌補了實體實驗的不足，但實體實驗的動手操作過程仍然是培養(yǎng)學(xué)生實驗技能和動手能力的重要環(huán)節(jié)。在學(xué)習(xí)“杠桿原理”時，學(xué)生在虛擬環(huán)境中理解并操作不同類型的杠桿后，仍需通過實體杠桿模型進行反復(fù)練習(xí)，以增強對力臂、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)實驗教學(xué)開辟了全新的可能性，虛擬實驗教學(xué)以其獨特的靈活性、互動性和安全性，極大地豐富了實驗教學(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：浙江省東陽市六石街道初級中學(xué)）