虛擬實驗在小學科學實驗教學中的實踐

在素質教育改革中，小學科學是重點內容之一。傳統模式下的小學科學教學已無法滿足學生對知識的需求。隨著信息技術的不斷發展，小學科學教育也在不斷地改進。其中，虛擬實驗是一種新型的教育手段，是通過計算機技術模擬真實實驗過程并讓學生進行觀察和操作的一種實踐方式。它能夠解決傳統實驗中的安全隱患、費用高昂等問題，同時能夠為學生提供更加直觀、靈活的學習體驗。本文就虛擬實驗在小學科學實驗中的應用進行分析探究，以期為提升小學生科學素養提供借鑒。

利用虛擬實驗進行教學，激發學生學習興趣

在小學科學教學過程中，學生的學習興趣非常重要。學生如果對學習沒有興趣，就很難主動參與到學習中。因此，教師要充分利用虛擬實驗這種新穎、有趣的教學方式來激發學生的學習興趣，使學生主動參與到課堂教學中。例如，在教學“探究影響電磁鐵的磁力大小與哪些因素有關”時，教師利用虛擬實驗探究電磁鐵的磁力大小與電池的數量關系，分別將電磁鐵與一節電池、兩節電池和三節電池相連，引導學生觀察電磁鐵吸引鐵釘的數量并進行對比，學生發現電池的數量越多電磁鐵的磁力越強；電磁鐵的電池數量一定時，讓電磁鐵分別與繞有不同匝數線圈的電磁鐵相連接，觀察電磁鐵吸引鐵釘的數量，然后進行實驗現象對比，得出電磁鐵的磁力大小與電磁鐵線圈的數量有關，線圈匝數越多，電磁鐵的磁力越強。虛擬實驗讓學生更加直觀地感受到電磁鐵的磁力大小與哪些困素有關：當電池的數量一定時，線圈的匝數越多，電磁鐵的磁力越大；當電磁鐵的線圈一定時，連接的電池數量越多電流越大，電磁鐵的磁力越強。學生通過虛擬實驗進行操作，感受影響電磁鐵磁力大小的因素，在心中產生一種神秘感和新鮮感，主動參與到課堂學習中，學習興趣很高。

利用虛擬實驗進行模擬操作，幫助學生理解與掌握知識

虛擬實驗可以模擬真實實驗的過程，在課堂教學中，教師可以利用虛擬實驗進行模擬操作，幫助學生理解與掌握所學知識。例如，在學習“加快溶解”時，教師引領學生理解影響溶解快慢的第一種因素是溫度，要想知道紅糖溶解的快慢和溫度有什么關系，需要同時滿足以下條件：1.冷水和熱水；2.加入紅糖的量相同；3.加入水的量相同；4.必須同時加入。然后，教師讓學生自己設計另外兩種：1.是否與攪拌有關；2.是否與紅糖的顆粒大小有關。設計完成后讓學生利用中央電教館虛擬實驗教學服務系統中的3D資源探究“溫度與紅糖溶解快慢的關系”“攪拌與溶解快慢的關系”，以及“紅糖顆粒大小與溶解快慢的關系”三個虛擬實驗。學生通過虛擬實驗的操作，可以充分了解物質溶解的快慢與溫度、是否攪拌和顆粒的大小有關，在培養實驗興趣的同時提高動手操作能力。

運用虛擬實驗實現與群體實驗融合

群體實驗是為了培養學生的動手能力和理論聯系實際的能力，一般在正常教學過程中并不主張用虛擬實驗代替真實實驗。但是在一些特殊情況下，無法設置實驗室環境時，教師可以指導學生借助虛擬實驗開展群體操作實驗。當然，在具體的教學中，教師要細化實驗過程，講清觀察實驗過程，讓學生掌握正確的操作方法，避免將來在真實實驗中出現失誤。同時，虛擬實驗也可以建立在真實實驗的基礎上。教師讓學生通過虛擬實驗進行操作練習，通過反復操作加深對該實驗原理的理解。

例如，學習杠桿平衡的條件、特征、應用等知識點時，由于條件的限制學生無法在實驗室完成這一實驗操作，教師往往通過視頻演示的方法開展演示實驗，學生無法獲得直觀體驗，教學效果大打折扣。虛擬仿真技術可幫助學生經歷逼真的實驗過程，還原真實實驗環境。在格如靈未來課堂課件《杠桿的平衡條件》中，教師首先讓學生通過交互手段來組裝一輛投石車，然后通過投石車的運作原理給學生介紹杠桿原理。

運用虛擬實驗實現與探究實驗融合

探究實驗的目的是培養學生透過現象看本質的能力和發現問題的意識，所以實驗情境很重要。但在真實實驗中，實驗現象會受外界因素影響，導致實驗誤差過大而影響實驗效果。同時，探究實驗不可避免地需要學生自由組合探究摸索實驗方法，實驗過程會存在一定的危險，這就需要借助虛擬實驗。虛擬實驗平臺也可作為學生在開展真實的探究實驗之前制定實驗方法的依據來使用。這不僅大大提升了探究實驗的效率，還確保了實驗的安全。在教學中，我運用虛擬實驗程序，指導學生通過自由DIY設計實驗方案，在虛擬實驗中自主選擇實驗材料、探究驗證設想，如學生有的用燃燒木棒，有的用蠟燭，有的用木炭……虛擬實驗既可以規避實驗風險，又可最大限度地體現探究性。格如靈未來課堂的《實驗室安全》當中通過VR的體驗形式，模擬校園化實驗安全課程，讓體驗者在體驗過程中學習安全的實驗操作，規避實驗室里的不安全因素，以及掌握廢棄品的處理方法，任務玩法包括操作選擇、知識點科普及評分體系，加深用戶的參與感，體現虛擬現實的特性。

虛擬實驗對培養小學生科學素養的作用及不足

小學生對未知事物充滿好奇，喜歡親自動手操作，虛擬實驗可以滿足學生的好奇心，幫助學生理解科學知識。虛擬實驗可以彌補現實教學中學生不能親自實驗的缺陷，為學生提供豐富的教學資源。在小學科學實驗中，教師可以將一些容易出錯的實驗利用虛擬實驗來解決。如“認識空氣”這個知識點，教師通過虛擬實驗可以使學生輕松地學習這部分知識，有效幫助學生理解科學知識，引導學生主動探索和發現未知的事物。

虛擬實驗雖然為教師教學提供了便利，但是也存在一些問題。首先，部分教師對虛擬實驗的認知度還不夠，在教學中往往不能充分地利用虛擬實驗。其次，虛擬實驗的學習效果很難評價，在網絡上搜索相關實驗的視頻或者圖片進行學習，可以說是“盲人摸象”。最后，在實際操作過程中，教師還不能完全掌握虛擬實驗的使用方法，導致實驗教學效率不高。因此，教師在教學過程中要充分認識到虛擬實驗存在的不足，并對其進行改進。

虛擬實驗教學的應用策略

虛擬實驗與傳統實驗相比具有多種優勢，如操作簡便，成本低廉，能夠模擬真實環境，等等。所以，在小學科學教學中應用虛擬實驗，既可以彌補傳統實驗的不足，又可以激發學生的學習興趣。然而，虛擬實驗雖然有優勢，但也存在一些不足之處。教師應該將虛擬實驗與傳統實驗結合起來，并在教學中運用多種實驗方法。例如，教師可以讓學生通過實踐操作來驗證虛擬實驗的準確性，從而提高學生的操作水平和實際動手能力；還可以與其他教師合作，將虛擬實驗引入課堂。

小學科學是一門實踐性很強的學科。在小學科學實驗教學中，教師要積極運用虛擬實驗進行實驗教學，激發學生的學習興趣，使學生能夠積極主動地參與到實驗教學中來。虛擬實驗的應用不僅能夠將抽象的知識具體化、形象化，還可以將復雜的知識簡單化、層次化，同時能促進學生的實踐能力和創新能力的提升。隨著我國教育事業的不斷發展，小學科學教學的模式在不斷改進，教師需要結合學生的實際情況，合理地運用虛擬實驗來開展教學活動。但目前我國小學科學虛擬實驗的發展還處于初期階段，在未來的教育教學中，教師需要不斷探索和實踐虛擬實驗在小學科學教學中的應用，使虛擬實驗更好地為小學科學教學服務，不斷推動小學科學教學工作的開展。

（本文系2023年度河南省教育資源保障研究一般課題“中小學實驗教學中融入‘虛擬實驗’的實踐研究”的成果。課題立項號：2023JZB306）