小学科学教学中使用虚拟实验室的必要性及策略 .pdfVIP

小学科学教学中使用虚拟实验室的必要

性及策略

摘要：实验教学是小学科学教学中不可缺失的重要一环，是学生从理论学习

走向实践学习的桥梁。但在实际教学中，一些客观存在的不可避免的因素，往往

会制约实验教学的效果。虚拟实验室借力现代计算机技术、网络技术，几乎弥补

了传统实验教学中的大部分缺憾，从而使实验教学在新的时代背景下绽放出新的

光芒。

关键词：虚拟实验室；仿真实验室；小学科学实验教学

小学科学作为学生获取科学知识、培养实践能力和创新能力最重要的一门学

科，越来越受到社会、学校和家长的重视。重视小学科学必须首先重视科学实验

教学，这已经成为了国内外课程改革的一个共同趋势。为解决传统实验教学中存

在的种种弊端，虚拟实验室应运而生。什么是虚拟实验室？普遍认为虚拟实验室

又称为仿真实验室，是一种开放式、网络化、数字化的虚拟实验教学软件或网站。

其所依赖的是Web技术和VR虚拟现实技术,模拟传统实验室，模拟传统器材库，

模拟传统实验课程，高度仿真传统实验教学环境，对于教师指导学生进行学习，

又或是学生进行自主学习，都能够发挥出高效积极的作用。

一、小学科学教学中使用虚拟实验室的必要性。

（一）成本低廉，维护简单。让每个学生拥有一个现代化的实验室不再是梦

想。

亲自动手配置、连接、测试、操作实验器材，亲历实验的整个过程是很多学

生的愿望，但这个愿望却不容易实现。即使是耗资数万元，配置了两万多件实验

器材的小学科学实验室，在很多时候也只能进行分组实验，每个学生只负责实验

中的某一个环节或某一项工作。一节实验课下来，很多学生意犹未尽。正常的情

况下是没有机会让学生反复进行巩固实验的，也没有机会让每个学生单独进行一

次实验。虚拟实验室可以将这个愿望变得简单。虚拟器材库可以提供一切我们所

知的实验器材。在虚拟实验台上能够进行各个版本的教材中所有的实验操作。研

发和建设这样一个软件或网站的费用，也许不能和建设一个真实的实验室的费用

相提并论，但虚拟实验室的可复制性将使我们在拥有多个这样的虚拟实验室的时

候，费用变得微乎其微。

（二）高度模拟传统实验情境，甚至可以呈现出传统实验情境中难以观察的

现象。

随着网络技术、云技术、3D、VR、AR、大数据技术等信息技术的不断进步，

虚拟世界将高度逼真真实世界，甚至在某些方面超越真实世界，那些受限于时空

的实验、实验时间过长或过短的实验、用肉眼不容易观察到实验现象的实验，都

可以通过虚拟实验室进行实验。比如我们在虚拟实验室里养蚕，可以在十分钟内

完整地观察蚕的一生的生长变化过程；我们在虚拟实验室里种绿豆，可以在一分

钟内观察绿豆芽萌发的整个过程；我们还可以模拟电流的流动；我们当然可以形

象地观察到磁铁周围磁力线的存在。这些优势都是传统实验无法比拟的。

（三）为学生提供自主学习的途径和机会，创设学习情境。

传统实验教学模式下，学生想要根据自己的实际情况自主进行实验是困难的，

因为学校实验室有自己的运行机制。但虚拟实验室能够轻松做到这一点。虚拟实

验室突破了时间和空间的限制，实现了家庭资源和学校资源的有效结合，每个学

生家里只需配置联网的电脑或智能手机，安装了虚拟实验室的软件或进入相应的

网站，就能根据自己的时间自主进行实验学习。我们知道，人们对某一方面的兴

趣爱好是需要经历一段较长的持续时间才能形成的。虚拟实验室恰恰能满足学生

的实验要求，为提升学生学习兴趣发挥积极的作用。学生的自主学习，还表现在

既可以完成教材中的实验，还可以在预设范围内自主设计实验。学生由被动学习

转变为主动学习，做学习的主人，这有利于培养学生的综合能力和科学素养。

（四）保护学生安全，避免真实实验操作中的危险伤害学生。

不可否认，一些实验是具有危险性和破坏性的。对于这些存在潜在危险的实

验，出于对学生安全的考虑，教师要么不去做这些实验，要么只由教师做演示实

验。比如测量热水温度的实验、用酒精喷灯加热石块研究岩石风化的实验、有关

硫酸的实验，都是学校和教师需要慎重面对的。安全问题是学校和教师必须首先

考虑的问题。在虚拟的世界里，易燃、易爆、腐蚀统统不是问题，相反，通过形

象的声、光演示刺激，让学生对危险留下深刻的印象，这样再做真实的实验时，

也能很好地规避风险，即使出现危险，学生也能借助在虚拟训练中获得的经验正

确处理。

（五）实验效率高，实验效果明显，出现错误及时更正。

传统实验教学中，师生往往要准备大量的实验器材，实验器材还