試論基于網絡的虛擬化學實驗合作學習的設計

【摘 要】開展基于網絡的虛擬化學實驗合作學習，解決了傳統化學實驗教學中的許多問題，被認為是極有發展和應用前景的實驗教學策略。本文介紹了基于網絡的虛擬化學實驗合作學習的定義、操作步驟，主要闡述了基于網絡的虛擬化學實驗合作學習環境設計。

【關鍵詞】基于網絡的虛擬化學實驗；合作學習；學習環境設計

化學是一門實驗科學，化學實驗不僅是推動化學發展的根本源泉，還是化學教學的主要內容和方法。近年來由于學生人數的增加和化學實驗設備、環境和資金等方面的限制，使一些化學實驗不能讓學生進行實際的操作，這已經成為制約化學實驗教學質量的一個重要因素。不過，開展基于網絡的虛擬化學實驗合作學習就有效地解決了這個問題。本文將就基于網絡環境下如何進行虛擬化學實驗的教學進行大膽探究。

一、基于網絡的虛擬化學實驗合作學習的定義與特點

虛擬化學實驗是指應用虛擬現實技術、人機交互技術，在計算機上提供三維立體近似真實的虛擬化學實驗環境，化學實驗者通過虛擬化學實驗儀器和相關設備對某個化學實驗進行觀察和操作，確定化學實驗的問題，提出化學實驗的假設，設計化學實驗的方案來完成各類化學實驗。

合作學習是指學生以小組的形式參與、為達到共同的教學目標、在一定的激勵機制下最大化個人和他人習得成果而合作互助的一切相關行為。

開展基于網絡的虛擬化學實驗合作學習，克服了傳統化學實驗中受化學實驗設備、環境和資金等方面的限制，解決了一些化學實驗不能讓學生進行實際操作的問題，其不僅能突破時間和地點限制，有效避免各種實驗風險更可以有效地擴充化學實驗資源。在虛擬化學實驗環境中，可以利用虛擬現實技術、人機交互技術模擬傳統化學實驗室中的各種儀器、設備進行化學實驗，就如同在真實的化學實驗室一樣，從而擴充了化學實驗資源，增加了學生化學實驗的機會，提高了學生操作各類化學實驗的能力。

二、基于網絡的虛擬化學實驗合作學習的操作步驟

按照小組合作學習的需要和一般化學實驗的操作步驟，虛擬化學實驗合作學習的操作步驟大致包括以下幾個環節：

1.組建化學實驗小組。在進行虛擬化學實驗合作學習之前，教師首先要組建化學實驗小組，每個小組的人數應該根據不同化學實驗的要求來確定。

2.呈現虛擬實驗情境。在網絡環境下，教師可以利用虛擬現實技術、人機交互技術在計算機上提供一個逼真的、用盡可能接近真實的虛擬化學實驗情境，然后通過網絡發送給各個化學實驗終端。

3.小組解決問題。在這個環節，小組成員要一起分析化學實驗目的、要求、注意事項和具體的化學實驗步驟，分工合作，充分利用教師提供的學習資源來完成化學實驗。

4.小組化學實驗匯報。每個小組可以利用不同的形式，比如說，通過寫化學實驗報告、畫化學實驗過程流程圖和角色扮演等不同的形式來匯報小組化學實驗的結論。

三、基于網絡的虛擬化學實驗合作學習環境設計

建構主義學習理論認為教學要以學習者為中心，學習者是學習的真正主人，學習的發生是學習者與周圍的環境相互交互的結果，這充分說明了學習環境對學習的重要性。通過對虛擬化學實驗合作學習的定義及對其操作步驟的分析，我們認為基于網絡的虛擬化學實驗合作學習環境設計應該關注的要素有：

1.化學實驗問題情境的設計

創設化學實驗問題情境、引導學生質疑思辯是激發學生好奇心、求知欲的重要形式。在化學實驗教學中，為了獲得良好的實驗效果，使學生有身臨其境的真實感，教師首先要利用虛擬現實技術、人機交互技術在計算機上創建三維立體虛擬化學實驗場景，使學生能從不同的角度觀察同一個化學實驗對象。

2.教學目標的設計

在虛擬化學實驗合作學習中，根據中學化學新課程標準對教學目標的要求，教學目標分為三類即知識類目標、技能類目標和態度類目標。

3.學習資源的設計

在化學實驗過程中，學生為了解決化學實驗問題，需要掌握一些新知識和額外的信息，為此教師應該通過各種途徑包括網絡，建立多樣化問題解決所必須的知識資源庫和相關的化學實驗案例給學生，讓學生在一個比較寬廣的學習資源中，學習解決問題所需要的基礎知識，并搜集相關案例，找到解決問題的策略。

4.認知工具的設計

認知工具是用來支持和擴充學習者思維過程的，通常指的是可視化的智能信息處理軟件，如知識庫、專家系統等。學習者可以從與認知工具的交互中獲得認知結構的發展和改變，同時通過認知工具有利于找出化學實驗問題解決的最佳方案。

5.小組合作交流的設計

在化學實驗的過程中教師要設計一個寬松的、自由的網絡交流空間，使小組成員之間、小組之間以及學生和教師之間都能將化學實驗中遇到的問題通過網絡進行交流。

6.輔導策略的設計

輔導策略介入了學生化學實驗的整個過程，從化學實驗小組的建立到實驗任務的分配、從小組內部成員之間交流到小組之間的交流。

最后，基于網絡的虛擬化學實驗合作學習環境的設計就是通過強調問題情境的設計、通過強調各種學習資源來支持學生的學而不是教師的教、通過強調學習者之間交流互動的設計等方面來說明該學習環境的設計就是為實驗者提供支持和幫助，使其真正成為實驗問題的真正解決者，成為學習的真正主人。

【參考文獻】

[1]唐清安，韓平，程永敬等編著.網絡課程的設計與實踐[M].北京：人民郵電出版社，2003.20

[2]魏國生 基于網絡的合作學習的教學設計及案例研究[J].中國電化教育，2004，（8）:40—42

[3]戴維.H.喬納森主編，鄭太年等譯.學習環境的理論基礎[M].上海：華東師范大學出版社，2002，84—108

（作者單位：江蘇省徐州市賈汪區汴塘鎮中心初級中學）