虚拟实验在小学科学实验教学中的应用

引言

小学科学课程是一门基础性、实践性和综合性很强的课程，实验教学是其中不可或缺的重要组成部分。通过实验，学生能够亲身体验科学探究的过程，培养观察能力、动手操作能力、思维能力以及创新精神等。然而，传统的小学科学实验教学受多种因素的制约，存在一些局限性，难以充分满足教学需求。随着信息技术的飞速发展，虚拟实验作为一种新兴的实验教学模式逐渐走进教育领域，为小学科学实验教学带来了新的机遇和挑战。本文将以“风的形成”为例，深入探讨虚拟实验在小学科学实验教学中的应用。

1 虚拟实验在小学科学实验教学中的应用意义

虚拟实验在小学科学实验教学中的应用具有深远意义。它突破了传统实验在时空和资源上的限制，让学生能随时随地进行实验探索。例如，在探究宇宙天体运行规律时，现实中难以搭建直观的模型，而虚拟实验能通过三维动画模拟，让学生清晰看到行星公转、自转的动态过程，增强对抽象知识的理解。虚拟实验还具有高度的安全性。小学科学实验中，部分实验涉及危险化学品或高温高压操作，存在一定安全隐患。虚拟实验能完全规避这些风险，让学生在安全的环境下大胆尝试、反复操作，加深对实验原理和步骤的掌握。

2 小学科学实验教学现状及问题分析

2.1 实验设备与资源配备不足

当前，不少小学在科学实验教学设备与资源方面存在明显短板。一方面，实验器材的种类和数量有限，难以满足多样化的实验教学需求。例如，在进行生物实验观察时，显微镜数量不足，学生只能轮流使用，导致部分学生观察时间不够，无法深入理解微观世界的奥秘。另一方面，实验材料的更新换代不及时，一些老旧的器材精度不够、功能受限，影响实验结果的准确性。而且，学校缺乏专门的实验资源库，对于一些季节性或难以获取的实验材料，无法提前储备和有效管理，使得相关实验难以顺利开展。

2.2 教师实验教学能力参差不齐

小学科学教师的实验教学能力存在较大差异，这成为制约实验教学质量提升的关键因素。部分教师自身科学知识储备不足，对实验原理和操作步骤理解不够深入，在实验教学过程中只能照本宣科，无法准确解答学生提出的疑问，难以引导学生进行深入思考和探究。一些教师缺乏实验教学经验，在组织实验课堂时，不能合理安排时间，导致实验环节仓促，学生没有足够的时间进行观察和记录。还有些教师教学观念陈旧，仍然采用传统的讲授式教学方法，忽视了学生的主体地位和自主探究能力的培养，使得实验课堂缺乏活力和创新性。

2.3 实验教学评价体系不完善

目前，小学科学实验教学的评价体系尚不完善，存在诸多问题。评价方式较为单一，主要以学生的实验报告和考试成绩为主，忽视了学生在实验过程中的表现，如实验操作技能、团队协作能力、创新思维等方面的评价。这种评价方式不能全面、客观地反映学生的实验学习情况，容易导致学生只注重实验结果，而忽视实验过程和方法的掌握。

3 虚拟实验在小学科学实验教学中的应用策略

3.1 结合课程目标，精准选择虚拟实验内容

在小学科学教学中，教师应深入研究课程标准与教材内容，明确各阶段教学目标，据此精准筛选虚拟实验。例如，在教授“植物的生长过程”时，传统实验受时间与空间限制，学生难以完整观察植物从种子到成熟植株的全过程。

3.2 创设情境导入，激发学生对虚拟实验兴趣兴趣是最好的老师，在小学科学虚拟实验教学中，创设生动有趣的情境导入至关重要。教师可根据实验主题，利用多媒体资源构建与现实生活紧密相连的情境。

3.3 引导自主探究，培养学生虚拟实验操作能力

在虚拟实验教学中，教师要转变角色，成为学生学习的引导者，鼓励学生自主探究。以“风的形成”虚拟实验为例，教师先简要介绍虚拟实验平台的基本操作方法，如如何点击按钮启动实验、如何调整参数观察不同情况等。然后提出探究任务：“在虚拟实验中，改变蜡烛的火焰大小，观察空气的流动和风的形成情况有什么变化？”让学生自主尝试操作。在学生探究过程中，教师巡视指导，及时解答学生遇到的问题，但不过多干预学生的探索过程。当学生发现火焰越大，空气上升越快，周围冷空气补充越剧烈，风也就越大时，教师进一步引导：“如果在一个封闭的空间里进行这个实验，风的形成情况又会怎样呢？”促使学生继续深入探究。通过这样的自主探究过程，培养学生的实验操作能力和科学思维能力。

3.4 组织交流讨论，深化学生对虚拟实验的理解

虚拟实验结束后，组织学生进行交流讨论是巩固知识、深化理解的重要环节。教师可以引导学生分享在虚拟实验中的操作过程、观察到的现象以及得出的结论。例如，在完成“物体的沉浮”虚拟实验后，组织小组讨论：“为什么有的物体在水中会沉，有的会浮？物体的沉浮与哪些因素有关？”每个小组选派代表发言，阐述小组观点，其他小组可进行补充或质疑。在交流讨论过程中，学生能从不同角度思考问题，拓宽思维视野，加深对物体沉浮原理的理解。

结语

综上所述，虚拟实验作为一种新兴的实验教学模式，在小学科学实验教学中具有广阔的应用前景。以“风的形成”为例，虚拟实验能够突破传统实验的限制，为学生提供一个安全、便捷、高效的实验学习平台，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学素养，提高教学质量。然而，虚拟实验的应用也面临着一些挑战和问题，需要教师不断提升教学能力，将虚拟实验与实际实验相结合，优化虚拟实验资源。

参考文献：

[1] 喻燕林， 刘健， 邓雅心. 虚拟实验支持下融合5E 模型的小学科学探究式教学模式研究 [J]. 中国现代教育装备 ， 2024（14）.

[2] 张燕， 李萌. 混合式教学模式在小学科学教学中开展效果的实验研究[J]. 石家庄学院学报 ， 2025（04）.

【本文系河南省教育科学规划 2025 年度一般课题《基于虚拟实验的小学科学实验教学实践研究》（课题批准号：2025YB1344）阶段性研究成果。】