虚拟实验在农村初中化学教学中的应用

2023-07-14马驰骋

甘肃教育 2023年9期

马驰骋

【摘要】虚拟实验教学具有展示性强、安全性高、共享性快等优势，已逐步成为素质教育教学改革的一大趋势。文章在调研了虚拟实验在农村初中化学实验教学中应用的基础上，采用SWOT模型，分析了虚拟实验在农村初中化学实验教学中应用的优势（S）、劣势（W）、机遇（O）、威胁（T），并提出发展策略，建议通过加强虚拟实验教学建设、优化虚拟实验教学模式、提高任课教师实验意识和技能、加强实验教学环节督导、学生考核多元化等举措，促进虚拟实验更好地服务于农村初中化学教学。

【关键词】初中化学；虚拟实验；农村地区；SWOT

【中图分类号】G633.8【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）09—0071—04

义务教育阶段的化学实验课程以提高学生的科学素养为主旨，培养学生的动手能力、思维能力和科学创新能力[1-2]。然而，相比东部教育发达地区，师生实验教学认识不深、实验教学条件简陋、实验课程建设经费不足、实验教师教学水平欠佳、教学内容深度不足等诸多问题在我国农村初中化学实验教学中逐渐凸显[3-5]。而虚拟实验作为实验教学的重要补充，具有传统实驗教学所不具备的优势，在解决复杂实验做不好、抽象实验不好做、危险实验做不了等困难上能够很好破解[6]。因此，开展虚拟实验在农村初中化学教学中的应用，对初中学生基本实验技能和实验探究能力的培养具有重要的现实意义。

目前国内学者针对虚拟实验在化学实验教学中的应用研究，主要集中在课程案例应用、虚拟实验实现途径、虚拟实验技术等方面。付超强[7]以初中化学制取氧气实验为例，探讨Unity3D在初中化学虚拟实验教学中的应用；陈春燕[8]认为虚拟实验能够强化实验课堂的真实性，拓展实验的内容；师宏佳[9]借助移动端化学虚拟仿真实验，创新性提出预习、线上讨论、线下实操、课后巩固的四步走的双线融合式的初中化学实验教学方式；周子晴[10]认为通过制作微课视频提升虚拟实验教学质量；朱世根[11]以一氧化碳实验为例，借助NOBOOK虚拟实验开展实验教学设计，实验视觉和教学效果显著；魏江明[12]开发设计了三维虚拟实验系统，以此增强学生化学实验教学兴趣和教学效果的沉浸感；吴婷婷[13]基于NO？ BOOK虚拟实验平台构建初三化学虚拟实验的教学设计，通过对比实验发现，虚拟实验教学能够显著提升学生综合素质。

综上所述，目前学者对虚拟实验融入初中化学课程研究较多，然而，对虚拟实验融入农村初中化学教学的关注比较欠缺。

SWOT模型是常见的一种战略态势分析法，学者逐步在现状发展态势分析、市场竞争力分析等领域得以广泛应用[14-15]。基于此，笔者将基于多年从事初中化学实验教学经验，引入SWOT模型，系统分析虚拟实验在农村初中化学实验教学中应用的内部和外部环境，进而提出推广和应用虚拟实验教学的策略，以期为教育教学改革发展提供理论参考依据。

一、虚拟实验在农村初中化学教学中的SWOT分析

笔者根据自己多年的教学经验，以及对虚拟实验应用到化学教学中的探究，向同行教师和学生发放调研问卷，并查阅相关文献资料。运用SWOT模型，从内部优势（S）、内部劣势（W）、外部机遇（O）、外部威胁（T）这四方面，对虚拟实验在农村初中化学实验教学中的应用进行综合分析。

（一）内部优势（S）

1.虚拟实验教学内容丰富。农村初中化学实验教学的开展主要受实验条件、实验药品、专业实验技术人员等因素的限制，部分高难度、危险性化学实验仅仅在课堂通过理论方式讲授，意味着学生实际动手参与和实践的化学实验有所不足。而虚拟实验可借助于多媒体、仿真和VR等现代新技术生动形象地向学生展示，从实验开始注意事项、实验准备阶段、实验过程到实验结果都可以一一展示，同学们上课沉浸感较强，一定程度上丰富了化学实验教学内容，激发了学生对化学实验课程的兴趣，提高了实验教学质量。

2.虚拟实验安全性高。在初中化学实验过程中会涉及使用浓硫酸、盐酸、高锰酸钾等具有腐蚀性、毒性试剂药品，在浓硫酸稀释、氧气制取、酒精灯使用等实验过程中往往伴随有爆炸、着火、中毒等危险。对于初次接触化学实验的学生，实验操作流程不够熟练，任课教师需要在前期做实验室安全培训工作，药品取放及过程操作往往由老师操作，并有3-4名学生协助，尽可能规避实验过程中的实验风险。而虚拟实验教学在安全性方面具有绝对性保证，突破了对实验场所的要求，避免因实验操作不当引起的安全性风险，这也是虚拟实验教学受欢迎的主要因素。

3.虚拟实验教学体验感更强。相比传统化学实验教学，虚拟实验教学带给学生的体验感更加深厚，实验过程中会将比较复杂或重要的实验操作环节、实验反映现象、实验易错地方等通过特效显示，学生更容易明白实验的原理和实验的反应过程。而在传统实验教学中，同学们往往注意到实验的“表象”，对于实验反应过程理解不够。虚拟实验在一定程度上实现了化学实验过程的全方位观察。

（二）内部劣势（W）

1.虚拟实验教学对培养学生实践操作能力欠缺（W1）。尽管虚拟实验教学借助现代科学技术拥有传统实验教学所不能及的优势，然而在培养学生发现问题解决实际困难、动手操作和实践能力方面仍呈现出一定的不足。化学实验的操作过程往往并不是严格按照理论预设方向发展，在实际操作过程中会出现各种意外致使实验失败，而恰恰发现问题、解决问题也是培养学生思维能力和实际动手操作能力的关键环节，而这也是虚拟实验教学的主要短板。

2.虚拟实验教学易忽视培养学生的团队合作意识。虚拟化学实验教学可以形象而生动地展示课程教学内容，教学内容也受到同学们的喜爱，但培养义务教育阶段学生的动手能力、团队协作能力、反思能力等同等重要，这也恰恰是虚拟实验教学的短板所在。虚拟实验教学往往展示成功而又形象的实验过程，这也将导致学生忽视实际动手操作以及团队合作意识，同时更体验不到化学实验动手操作过程中的快乐和兴趣。

（三）外部机遇（O）

1.国家大力支持，政策环境良好。近年来，随着素质教育大发展，国家陆续出台一系列政策，为虚拟实验教学推广和应用发展奠定了良好的政策基础。2010年，教育部发布《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》；紧接着2012年教育部颁布《教育信息化十年发展规划》，指出要促进优质教育资源普及共享，推进信息技术与教育教学的深度融合。2017年，教育部办公厅关于开展2017年示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知。2019年11月，教育部印发了《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，意见指出鼓励教师在今后的教学中应注重将传统实验教学与现代科技有机融合，切实增强实验教学的趣味性和吸引力，提高实验教学质量和效果。

2.符合义务教育需求，发展前景广阔。随着教育理念的不断深入人心，家长、学生对优质教育资源的呼吁越来越高，虚拟实验教学已经成为素质教育教学改革的一大趋势。近年来，国家大力推行教育资源共享，虚拟实验教学视频资源将不再局限于学校，学生可借助网络平台随时观看，具有广阔的发展前景。

（四）外部威胁（T）

1.师生实验教学意识淡薄。一方面，受应试教育影响，部分教师化学实验教学意识比较淡薄，认为化学实验教学浪费时间，容易影响课程进度，一般将实验教学转变为演示实验，部分转为理论讲授和习题讲解，从而达到提高考试分数的目的；另一方面，目前初中生会考中，对化学实验的考查主要集中在实验内容和实验方法方面，忽视学生动手能力的考核，从而不利于学生动手能力和实验素养的培养，学生对实验教学往往处于被动应付状态，缺乏参与并实践探索的积极性。

2.虚拟实验教学模式不够成熟。尽管虚拟实验教学比传统实验教学更有优势，但虚拟实验教学在大部分农村地区初中化学实验教学中并没有得到广泛推广普及，学校缺乏虚拟实验教学场所，虚拟实验教学在课程教学环节没有设置。部分教师虽然赞成虚拟实验在实验教学中的应用，但教师自身能力还有待进一步提高，部分教师在实验教学时，仍然采用传统讲授的方式，虚拟实验在实验教学中的应用并没有真正落到实处。

二、虚拟实验在农村初中化学实验教学中的发展策略

根据对虚拟实验在农村初中化学实验发展的SWOT分析，进行两两交叉组合，可得到虚拟实验在农村初中化学实验发展的SO策略、ST策略、WO策略和WT策略。

（一）SO策略：加强虚拟实验教学建设，提高实验教学效率

虛拟实验教学作为目前我国素质教育教学改革的一大趋势，校领导应加强层次设计，充分认识到虚拟实验教学在现代化教育教学改革发展中的重要性，整合教育资源，搭建虚拟网络教学平台，并将虚拟教学纳入课程教学体系，深层次发挥虚拟实验教学优势，切实提高农村地区化学实验教学质量，并将化学虚拟实验教学案例及时在物理、生物等课程中推广应用。

（二）WO策略：创新虚拟实验教学模式，提高化学实验教学质量

探寻虚拟实验与传统线下实验教学的平衡点。根据相关的教学设计理论和构建主义理论，建立与虚拟实验相适应的教学模式，提高实验教学效果，助力高效课堂的构建。化学实验课程教学设计环节，应充分发挥线下实验和虚拟实验优势，将“线上+线下”教学优势互补，多措并举提高农村初中化学实验教学质量，进一步激发学生的学习兴趣。

（三）ST策略：提高教师实验意识和教学水平，发挥虚拟实验教学优势

农村初中办学条件相对比较简陋，师资队伍建设程度较低。首先，学校要鼓励老师多走出去交流学习，多了解教育发达城市的教学现状，拓展教师思维深度和广度；其次，学校要鼓励教师利用现代化多媒体技术，定期邀请校内外优秀教师开展虚拟实验教学观摩课、示范课，不断加强教师实验教学专业知识，提高实验教学技能。

（四）WT策略：加强实验教学环节督导，学生考核多元化

在初中化学实验教学环节，学校职能部门要充分发挥日常督导检查工作，校领导通过“听、评”环节，督促教师严格按照课程目标开展化学实验教学活动。与此同时，强化化学实验考核的多元化，将日常动手实践过程考核纳入平时成绩或期末成绩。多措并举推动虚拟实验在农村初中化学实验教学中健康、持续发展。

参考文献

[1]朱世根.初中化学教学中虚拟实验的设计与应用[D].岳阳：湖南理工学院，2020.

[2]岑瑶，胡琴，魏芳弟，等.虚拟实验室分析化学实验教学应用及效果分析[J].基础医学教育，2018（02）：151-153.

[3]郭亚杰，张振新，杨振兴，等.“中学化学实验设计研究”课程项目化教学策略[J].淮北师范大学学报（自然科学版），2017（04）：92-96.

[4]伍婷，许苏宜，张亚鹏，等.虚拟实验技术在化学实验教学中的应用与实践[J].化学教育，2017（05）：58-61.

[5]王楚旋.虚拟实验辅助初中化学实验教学的研究[D].武汉：华中师范大学，2019.

[6]朱敏，刘鹏飞.虚拟实验在化学实验教学中的应用策略研究[J].软件导刊，2013（06）：166-168.

[7]付超强.基于Unity3D的初中化学虚拟实验教学资源设计与应用研究[D].南昌：江西科技师范大学，2022.