虚拟实验在小学科学实验教学中的实践

在素质教育改革中，小学科学是重点内容之一。传统模式下的小学科学教学已无法满足学生对知识的需求。随着信息技术的不断发展，小学科学教育也在不断地改进。其中，虚拟实验是一种新型的教育手段，是通过计算机技术模拟真实实验过程并让学生进行观察和操作的一种实践方式。它能够解决传统实验中的安全隐患、费用高昂等问题，同时能够为学生提供更加直观、灵活的学习体验。本文就虚拟实验在小学科学实验中的应用进行分析探究，以期为提升小学生科学素养提供借鉴。

利用虚拟实验进行教学，激发学生学习兴趣

在小学科学教学过程中，学生的学习兴趣非常重要。学生如果对学习没有兴趣，就很难主动参与到学习中。因此，教师要充分利用虚拟实验这种新颖、有趣的教学方式来激发学生的学习兴趣，使学生主动参与到课堂教学中。例如，在教学“探究影响电磁铁的磁力大小与哪些因素有关”时，教师利用虚拟实验探究电磁铁的磁力大小与电池的数量关系，分别将电磁铁与一节电池、两节电池和三节电池相连，引导学生观察电磁铁吸引铁钉的数量并进行对比，学生发现电池的数量越多电磁铁的磁力越强；电磁铁的电池数量一定时，让电磁铁分别与绕有不同匝数线圈的电磁铁相连接，观察电磁铁吸引铁钉的数量，然后进行实验现象对比，得出电磁铁的磁力大小与电磁铁线圈的数量有关，线圈匝数越多，电磁铁的磁力越强。虚拟实验让学生更加直观地感受到电磁铁的磁力大小与哪些困素有关：当电池的数量一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁力越大；当电磁铁的线圈一定时，连接的电池数量越多电流越大，电磁铁的磁力越强。学生通过虚拟实验进行操作，感受影响电磁铁磁力大小的因素，在心中产生一种神秘感和新鲜感，主动参与到课堂学习中，学习兴趣很高。

利用虚拟实验进行模拟操作，帮助学生理解与掌握知识

虚拟实验可以模拟真实实验的过程，在课堂教学中，教师可以利用虚拟实验进行模拟操作，帮助学生理解与掌握所学知识。例如，在学习“加快溶解”时，教师引领学生理解影响溶解快慢的第一种因素是温度，要想知道红糖溶解的快慢和温度有什么关系，需要同时满足以下条件：1.冷水和热水；2.加入红糖的量相同；3.加入水的量相同；4.必须同时加入。然后，教师让学生自己设计另外两种：1.是否与搅拌有关；2.是否与红糖的颗粒大小有关。设计完成后让学生利用中央电教馆虚拟实验教学服务系统中的3D资源探究“温度与红糖溶解快慢的关系”“搅拌与溶解快慢的关系”，以及“红糖颗粒大小与溶解快慢的关系”三个虚拟实验。学生通过虚拟实验的操作，可以充分了解物质溶解的快慢与温度、是否搅拌和颗粒的大小有关，在培养实验兴趣的同时提高动手操作能力。

运用虚拟实验实现与群体实验融合

群体实验是为了培养学生的动手能力和理论联系实际的能力，一般在正常教学过程中并不主张用虚拟实验代替真实实验。但是在一些特殊情况下，无法设置实验室环境时，教师可以指导学生借助虚拟实验开展群体操作实验。当然，在具体的教学中，教师要细化实验过程，讲清观察实验过程，让学生掌握正确的操作方法，避免将来在真实实验中出现失误。同时，虚拟实验也可以建立在真实实验的基础上。教师让学生通过虚拟实验进行操作练习，通过反复操作加深对该实验原理的理解。

例如，学习杠杆平衡的条件、特征、应用等知识点时，由于条件的限制学生无法在实验室完成这一实验操作，教师往往通过视频演示的方法开展演示实验，学生无法获得直观体验，教学效果大打折扣。虚拟仿真技术可帮助学生经历逼真的实验过程，还原真实实验环境。在格如灵未来课堂课件《杠杆的平衡条件》中，教师首先让学生通过交互手段来组装一辆投石车，然后通过投石车的运作原理给学生介绍杠杆原理。

运用虚拟实验实现与探究实验融合

探究实验的目的是培养学生透过现象看本质的能力和发现问题的意识，所以实验情境很重要。但在真实实验中，实验现象会受外界因素影响，导致实验误差过大而影响实验效果。同时，探究实验不可避免地需要学生自由组合探究摸索实验方法，实验过程会存在一定的危险，这就需要借助虚拟实验。虚拟实验平台也可作为学生在开展真实的探究实验之前制定实验方法的依据来使用。这不仅大大提升了探究实验的效率，还确保了实验的安全。在教学中，我运用虚拟实验程序，指导学生通过自由DIY设计实验方案，在虚拟实验中自主选择实验材料、探究验证设想，如学生有的用燃烧木棒，有的用蜡烛，有的用木炭……虚拟实验既可以规避实验风险，又可最大限度地体现探究性。格如灵未来课堂的《实验室安全》当中通过VR的体验形式，模拟校园化实验安全课程，让体验者在体验过程中学习安全的实验操作，规避实验室里的不安全因素，以及掌握废弃品的处理方法，任务玩法包括操作选择、知识点科普及评分体系，加深用户的参与感，体现虚拟现实的特性。

虚拟实验对培养小学生科学素养的作用及不足

小学生对未知事物充满好奇，喜欢亲自动手操作，虚拟实验可以满足学生的好奇心，帮助学生理解科学知识。虚拟实验可以弥补现实教学中学生不能亲自实验的缺陷，为学生提供丰富的教学资源。在小学科学实验中，教师可以将一些容易出错的实验利用虚拟实验来解决。如“认识空气”这个知识点，教师通过虚拟实验可以使学生轻松地学习这部分知识，有效帮助学生理解科学知识，引导学生主动探索和发现未知的事物。

虚拟实验虽然为教师教学提供了便利，但是也存在一些问题。首先，部分教师对虚拟实验的认知度还不够，在教学中往往不能充分地利用虚拟实验。其次，虚拟实验的学习效果很难评价，在网络上搜索相关实验的视频或者图片进行学习，可以说是“盲人摸象”。最后，在实际操作过程中，教师还不能完全掌握虚拟实验的使用方法，导致实验教学效率不高。因此，教师在教学过程中要充分认识到虚拟实验存在的不足，并对其进行改进。

虚拟实验教学的应用策略

虚拟实验与传统实验相比具有多种优势，如操作简便，成本低廉，能够模拟真实环境，等等。所以，在小学科学教学中应用虚拟实验，既可以弥补传统实验的不足，又可以激发学生的学习兴趣。然而，虚拟实验虽然有优势，但也存在一些不足之处。教师应该将虚拟实验与传统实验结合起来，并在教学中运用多种实验方法。例如，教师可以让学生通过实践操作来验证虚拟实验的准确性，从而提高学生的操作水平和实际动手能力；还可以与其他教师合作，将虚拟实验引入课堂。

小学科学是一门实践性很强的学科。在小学科学实验教学中，教师要积极运用虚拟实验进行实验教学，激发学生的学习兴趣，使学生能够积极主动地参与到实验教学中来。虚拟实验的应用不仅能够将抽象的知识具体化、形象化，还可以将复杂的知识简单化、层次化，同时能促进学生的实践能力和创新能力的提升。随着我国教育事业的不断发展，小学科学教学的模式在不断改进，教师需要结合学生的实际情况，合理地运用虚拟实验来开展教学活动。但目前我国小学科学虚拟实验的发展还处于初期阶段，在未来的教育教学中，教师需要不断探索和实践虚拟实验在小学科学教学中的应用，使虚拟实验更好地为小学科学教学服务，不断推动小学科学教学工作的开展。

（本文系2023年度河南省教育资源保障研究一般课题“中小学实验教学中融入‘虚拟实验’的实践研究”的成果。课题立项号：2023JZB306）