實驗教學(xué)始終是教育教學(xué)中的重要部分，隨著教育理念的革新、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展等，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)、3D影像技術(shù)等解決教育中實驗教學(xué)的不足等問題，通過虛擬實驗中的正確指導(dǎo)，運用虛擬的實驗素材進行不斷的探索創(chuàng)新，盡可能的避免危險實驗可能會帶來的傷害，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力與探索創(chuàng)新能力，從而提高知識學(xué)習(xí)與知識掌握程度。
在傳統(tǒng)課堂中重視理論教學(xué)，忽視高成本、高難度的實踐教學(xué)，理論與實踐的脫離，學(xué)生通過教師的講解與指導(dǎo)，為避免資源浪費分為小組操作實驗，不是每個人都可以操作的到。實驗中還必須要按照教師的實驗指導(dǎo)機械式的操作，學(xué)生缺乏獨立思考與設(shè)計實驗?zāi)芰Γ覍嶒炚n時在教學(xué)中的課時安排較少，學(xué)習(xí)有一定的局限性。
云幻科教虛擬學(xué)科實驗室運用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗操作對象，生動形象的直觀展示實驗，逼真的虛擬實驗教學(xué)環(huán)境讓學(xué)生猶如身臨其境。學(xué)生可以進行實驗觀摩、模擬實驗、拓展訓(xùn)練等操作，在實驗中對實驗過程、實驗現(xiàn)象等觀察的很清楚，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升實驗知識學(xué)習(xí)。云幻科教虛擬學(xué)科實驗室包括虛擬化學(xué)實驗室、虛擬物理實驗室、虛擬生物實驗室。
一、虛擬實驗室教學(xué)的必要性
(一)強化學(xué)生在學(xué)科實驗的基本知識
學(xué)科實驗教學(xué)要求學(xué)生了解實驗步驟、實驗原理、實驗現(xiàn)象，通過這些知識保證實驗的順利完成，提高實驗的成功率，避免資源浪費。然而在實驗中定會有些學(xué)生在基礎(chǔ)知識預(yù)習(xí)不足的情況中實驗難進行或失敗。虛擬學(xué)科實驗室打破時間與空間限制，學(xué)生可以在教學(xué)前反復(fù)的操作與練習(xí)，熟練掌握基本操作，鞏固實驗知識，同時避免相關(guān)實驗素材的浪費，全面提升實驗?zāi)芰Α?
如在化學(xué)中，高錳酸鉀加熱制氧氣，教師需要為避免資源浪費與器材損耗，反復(fù)強調(diào)試管口需略向下傾斜、實驗結(jié)束先撤導(dǎo)管再滅酒精燈，學(xué)生對這樣導(dǎo)致的后果不能理解，老師又不能損壞一個實驗器材作為代價警示他們。虛擬實驗教學(xué)資源就解決了這些問題，為學(xué)生提供多次體驗選擇，解決學(xué)生疑問，鞏固知識學(xué)習(xí)。
(二)保證學(xué)生準確觀察到實驗效果
實驗中有些微觀實驗不容易觀察，虛擬實驗將微觀現(xiàn)象可視化，讓學(xué)生能夠清楚的看到實驗中的各種實驗現(xiàn)象。虛擬仿真技術(shù)高度還原實驗現(xiàn)象，即使是細微的變化也讓學(xué)生能夠一目了然，可多次的實驗操作讓每一位學(xué)生都能觀察到實驗現(xiàn)象，掌握實驗知識。
如生物實驗中的觀察葉綠體和細胞質(zhì)的流動實驗，需要在顯微鏡下觀察，有選取的植物要求、光照要求等很多實驗條件，又要慢慢的觀察流動速度、最適溫度等。虛擬實驗在直觀的展現(xiàn)細胞質(zhì)的流動的同時，標識不同溫度與計算速度的，讓實驗變得可控易觀察。
(三)有助于學(xué)生完成難度較高或難以實現(xiàn)的實驗
有很多的實驗是學(xué)校為學(xué)生提供器材與創(chuàng)造的，課程難度大學(xué)生就更不容易理解了。虛擬實驗通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可塑性，制作各種各樣的實驗教學(xué)模具與構(gòu)造教學(xué)環(huán)境，模擬現(xiàn)象物理過程與結(jié)果，使靜態(tài)事物動態(tài)化、抽象知識形象化、難以操作的實驗動畫模擬化，幫助學(xué)生由形象思維轉(zhuǎn)向抽象思維。
如物理實驗中，聲音不能在真空中傳播這個課題，很難去再現(xiàn)一個真空的環(huán)境給學(xué)生了解，即使使用抽氣盤和抽氣機進行演示，也很難做出來絕對真空環(huán)境，虛擬實驗器材除了營造相應(yīng)環(huán)境，還將聲音的傳播可視化標識，學(xué)生可以很方便地進行演示實驗和學(xué)生分組實驗的練習(xí)，還可以自主地進行實驗探究。
(四)增加學(xué)生動手實驗操作機會，提升參與實驗設(shè)計能力
傳統(tǒng)的實驗中，由于教學(xué)條件的限制，有很多的實驗是小組操作或者無法實現(xiàn)的，人人動手操作的可能性較小，不能較好的對實驗進行分析與觀察對學(xué)習(xí)知識有所阻礙的。虛擬實驗無需消耗任何實驗素材，使用簡單的儀器設(shè)備完成整個實驗。學(xué)生可以利用虛擬實驗對實驗進行個性化實驗設(shè)計，研究性的進行知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主實驗設(shè)計能力與探索創(chuàng)新能力。
二、虛擬學(xué)科實驗室的特點
(一)交互式操作，培養(yǎng)實踐動手能力
虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建身臨其境的虛擬教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生自身以各種形式參與實驗發(fā)生與變化的過程中去，在虛擬的實驗環(huán)境中扮演主導(dǎo)者角色，學(xué)習(xí)者的實驗設(shè)計、實驗操作都將導(dǎo)向著實驗的發(fā)展方向。學(xué)生通過動手操作完成實驗，讓學(xué)生在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，鼓勵學(xué)生“手腦并用”，提高學(xué)生實際操作能力。在虛擬實驗中學(xué)習(xí)者的認知、動作、反應(yīng)及交互技能都能夠得到良好的訓(xùn)練。
(二)節(jié)省資源損耗，規(guī)避實驗風(fēng)險
隨著學(xué)校學(xué)校的學(xué)生越來越多，學(xué)校實驗室的應(yīng)用壓力不斷增加，因為實驗經(jīng)費與實驗難易程度等問題，導(dǎo)致實驗教學(xué)活動難以開展。有了虛擬學(xué)科實驗室，極大程度上解決了實驗經(jīng)費問題。虛擬的實驗器材與實驗材料可節(jié)省實驗成本，即使多次操作也無需擔(dān)心實驗資源浪費和消耗問題。同時也不必再擔(dān)心一些有毒、放射性、易燃易爆、細菌等危險實驗，保證了實驗室的安全與學(xué)生的健康安全，消除實驗中會出現(xiàn)的安全隱患，讓每個學(xué)生都能夠操作實驗。
(三)與教材相匹配，實驗素材豐富全面
云幻科教初中化學(xué)虛擬學(xué)科資源庫是根據(jù)國家課程標準實驗要求，依據(jù)人教版(蘇教版、滬教版等)九年級化學(xué)實驗課程設(shè)置，綜合應(yīng)用3D影像、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，供學(xué)生進行模擬化學(xué)實驗。資源庫包含一氧化碳還原氧化鐵、濃硫酸的腐蝕性與稀釋、粉塵爆炸實驗、甲烷燃燒等化學(xué)實驗內(nèi)容。
云幻科教虛擬實驗資源庫，將現(xiàn)代3D影像技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和課程標準教學(xué)需求無縫銜接，包含初中、高中階段，覆蓋化學(xué)、物理、生物等學(xué)科，是學(xué)校實驗創(chuàng)新教學(xué)、深度應(yīng)用教學(xué)設(shè)備的最佳實驗資源。運用虛擬實驗資源庫建設(shè)虛擬實驗室，將難以進行的復(fù)雜實驗或具有危險性的實驗，在高度仿真的虛擬環(huán)境進行教學(xué)、操作、應(yīng)用，能有效提供教育設(shè)備利用率，節(jié)省實驗教學(xué)經(jīng)費，規(guī)避實驗風(fēng)險，提高學(xué)生自主操作的主動性。
(四)打破時間與空間限制，虛擬實驗環(huán)境逼真
虛擬實驗室節(jié)約大量實際實驗所需要的時間，比如器材的準備、實驗中反應(yīng)進行時間等，提供便捷安全的平臺，耗時長、難演示的實驗也能在課堂上展示，并且能無限次練習(xí)操作。云幻科教虛擬實驗通過3D影像、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境，再現(xiàn)生活中無法觀察到的、無法用簡單方法再現(xiàn)的事件，對微觀世界及客觀世界的模擬，真實感強，調(diào)動學(xué)生多感官參與，給學(xué)生身臨其境的感受，為學(xué)生提供更多的時間與空間去探索去研究，更快的掌握實驗?zāi)繕思皟?nèi)容、知識點等，從而達到體驗式教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
中學(xué)是學(xué)生創(chuàng)新能力與探索能力培養(yǎng)的最佳時期，實驗教學(xué)對于培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才有著重要作用。實驗教學(xué)是學(xué)科教育的基礎(chǔ)，是科學(xué)知識學(xué)習(xí)的源頭，虛擬學(xué)科實驗室可以提高實驗效率，降低實驗成本，必將更廣泛地應(yīng)用到教學(xué)中。
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