虛擬實驗室在個性化學習中的應用探討

唐益鋒

摘 要：虛擬實驗室對個性化學習課堂產生了積極的催化作用，與教學產生了奇妙的反應，使實驗教學產生了良好的變化，所謂“弱水三千，只取一瓢飲”，當技術使學習方式突破了時空的界限，使當下最需要的這一瓢水唾手可得時，不必固守陳規，勇敢接受、大膽嘗試才是正確的方式！

關鍵詞：虛擬；實驗；個性化學習

“一千讀者就有一千個哈姆雷特”。每一個人都是獨一無二的個體，這句話放到學習中來，就意味著一千個人有一千種學習方式，也有著一千種知識掌握狀態。進入互聯網時代的世界仿佛變成了一只五彩斑斕的萬花筒，從中可以看到一切想要看到的東西。可是一旦真正置身其中，就會發現并沒有看起來這樣美好。對于學生來說，現有的學習資源仍然遠遠不能涵蓋每個人的個性化需求，即便是確定了學習方向，如何從浩如煙海的資源中選出最適合自己的內容，仍是擺在每一位學生面前的難題。

跨平臺、移動端虛擬實驗室的出現極大地提高學生的學習興趣，使教學內容呈現直觀、形象、高效、多樣化的特點，既滿足了學生學習的個性化需求，也為個性化教學提供了一個新的輔助平臺。不受物理空間、時間的限制是這一技術的顯著特點。虛擬實驗的逼真性和數據運算能力是傳統的計算機模擬實驗無法相比的，注重的是實驗操作交互性和實驗結果仿真性，其優點有如下幾點：

一是高仿真性以真實實驗環境為基礎進行搭建，操作流程和規則同樣立足于實際實驗流程操作規范，虛擬操作環境和真實操作體驗是一致的。

二是良性互動與傳統只能做單向知識傳遞的“視頻教學”模式完全不同，在仿真環境中進行實際操作，實現理論和操作雙向良性互動。

三是高自由度系統安裝運行后，學員可獨立學習，不受教室、講師等條件約束，可根據自身實際安排學習時間，具有極大的靈活性。

四是危險度為零傳統實驗教學環節，在真實實驗環境中往往會有許多實驗危險源虛擬實驗室能有效避免因操作不規范所帶來的潛在危險。

五是情景交互性虛擬實驗獨有的DIY功能可以仿真一個情景，教學環節中可要求學員在該情景下進行理論判斷和實驗操作，增強問答交互性。

六是設備聯動性與多媒體教學設備聯動省去教學用具和實驗設備的開支，結合教學互動平臺，可實現多種教學功能，實現教學一體。

虛擬實驗室豐富的教學和學習資源，省去了尋找實驗器材的麻煩，節省了準備實驗的大量的時間，不僅有利于能動地、生成性地進行個性化教學活動，而且還可以方便學生進行發散性的思考。利用虛擬實驗室進行模擬探究實驗和驗證性地實驗，以提高課堂教學興趣和效率。

一、先學后教

物理作為一門以實驗為基礎的學科，如果讓學生在預習階段通過虛擬實驗室進行初步的實驗探究，了解物理知識梗概，做到心中有數，以便于掌握聽課的主動權。當學生帶著疑惑走進課堂學習，有利于提高學習能力和養成自學的習慣。

光的色散現象是初中學生認識的光學物理實驗，通常教師采取課堂演示實驗的方式進行教學，但此實驗的成功決定于一個重要的因素——太陽光，在沒有太陽光的情況下實驗就無法進行或者不能達到很好的實驗效果。而且，若是教師三棱鏡調節的角度不對，通常學生就無法仔細觀察清楚光帶中到底有幾種顏色的色光。若學生在自主學習時輔以虛擬實驗室，利用太陽光配合三棱鏡，光路圖清晰明了，有足夠的時間和空間讓學生觀察清楚光的色散過程，從而能正確理解光的色散現象，為光學的學習打開一個良好的局面。

二、學教互動

高效互動的課堂教學，需要教師充分發揮參與者、組織者、指導者的作用，需要教師與學生的高效互動，教師要善于根據課堂教學資源的生成，不斷調整互動的策略，只有這樣才能有效促進課堂教學。

理解短路現象是初中物理電學的一個難點，受到實驗操作規則的限制和出于對實驗器材的安全性考慮等因素，一般教師常用講述的教學方法，由于缺少感性的體驗，學生對短路的認知處于一種比較模糊的狀態，在今后面臨相關問題時往往會一籌莫展。而在虛擬實驗室中，這一問題迎刃而解。虛擬實驗室中引入了全新的設計，元件在不正確使用的情況下也可以輕易的恢復，所以教師可以隨意搭建電源短路、用電器（局部電路）短路、開關短路等多種電路，在引導學生進行分析和討論的同時，演示各種短路方式造成的后果，使學生正確認識到短路的危害，為以后解決電路故障類習題打好堅實的基礎。

三、拓展訓練

在物理概念、定理和規律的講解中，一些抽象的、課堂中難以真實再現的實驗，比如，牛頓第一定律、磁感應線的空間分布等，教師無法進行實驗演示或者實驗現象出現“閃現”，造成學生對這些知識點理解的困難，不能很好地掌握物理概念、定理或規律。而采用虛擬實驗室對這些實驗進行仿真模擬、再現，將抽象的知識點形象化、可視化，使瞬間的物理現象永久化，可以避免教師過于空洞的語言描述，使學生產生真切的體驗，激發學生的學習熱情，促進學生學習的積極性。

學生課后通過做習題鞏固所學內容時，會遇到一些比較復雜的物理場景，尤其是對電路的分析、磁場或者電磁場的分析，可以在虛擬實驗室中建立相應的物理模型，幫助學生理清分析思路。在沒有老師輔導的情況下，學生也可以利用仿真模型再現習題中的物理情景，加深印象，進一步分析問題，細化知識點。

所謂“弱水三千，只取一瓢飲”，當技術使學習方式突破了時空的界限，使當下最需要的這一瓢水唾手可得時，不必固守陳規，勇敢接受、大膽嘗試才是正確的方式！

參考文獻：

[1]張劍平.虛實融合環境下的適應性學習研究[M].浙江大學出版社，2014.

[2]郭秋萍，陳建輝，徐凌雁.個性化教育與模式化教育一體化發展研究[J].教育與現代化，2010（3）.