激发·突破·解决：“央馆虚拟实验”环境下的小学科学课堂教学实践

一、何谓“央馆虚拟实验”？

自教育部颁布《教育信息化2.0 行动计划》以来，各地区推进教育现代化、信息化的脚步不断加快。互联网已经成为每所学校必不可少的基础工具，“微课”、“翻转课堂”、“智慧课堂”等新的技术不断与教育教学深度融合。教育信息化已经从起步进入到应用创新阶段。在科学课堂教学过程中，实验是必不可少的，但由于环境、设备等条件限制，很多实验无法现场演示或者操作。中电教馆依托国家教育资源公共服务平台，共同探索搭建了“中央电化教育馆中小学虚拟实验教学服务系统”（以下简称：“央馆虚拟实验”）可以很好的解决以上困难。“央馆虚拟实验”是借助多媒体、AI、3D、VR 等仿真和虚拟现实技术可辅助甚至代替实验各操作环节的相关虚拟实验室操作环境，拓展了实验教学的时间和空间，提高课堂教学的质量和水平。

二、“央馆虚拟实验”在课堂教学中的应用

（一）有效激发学生学习积极性和主动性

教学的本质不是知识的传授，而是激励和唤醒。孩子们的天性就是好动、爱玩和充满想象力。但有一些知识对于孩子们的空间想象能力、抽象能力提出了很高要求。例如《义务教育科学课程标准（2022年版）》设置的13 个核心概念中的“宇宙中的地球”、“地球系统”等概念，通过实践研究发现，如果我们按照传统的教法通过学习只能记住几个科学名词，但对于地球的内部结构、在太阳系中的位置关系等科学概念的建构还有困难。因为这些知识离我们的生活过于遥远，没有切实的经历和体验，仅仅通过书本几行字的阅读，教师的几句讲解是远远不够的。这样的教学就会流于形式、浮于表面。学生也鲜有参与感，课堂也会因此显得枯燥和深奥。

利用“央馆虚拟实验”VR 课件可以让每一个孩子参与到实验中，亲身体验，亲眼观看，亲手触摸，这将极大地激发学习的积极性和主动性。如在学习《地球的结构》内容时，可以通过VR 直观的看到地球内部结构，真切地感受宇宙的浩瀚和地球的神奇。增加了实践性和参与性，学生的学习热情被点燃，同时也更符合儿童具象化心理特点，开阔了他们的视野，课堂教学效率和质量大大提高。

（二）有效突破学生课堂学习的重点和难点

“央馆虚拟实验”应用于科学课程最大的优势在于清晰的呈现实验每一个细节，即使是许多在课堂内无法实现的实验。小学科学是以科学实验为支撑的学科，为了让实验更有效，熟练掌握科学实验的技能，教师的演示、指导实验就尤为重要。教师们往往现场演示、亲自示范，但现实中存在诸多的问题：班级学生人数大概有40 多个，有些学生离教师较远，操作器材体积太小，演示实验不一定成功……这样的演示效果就大打折扣，达不到预期的指导效果。

例如在学习三年级《水沸腾了》内容时，学生可以轻松地自由选取实验器材，然后通过点击屏幕或者鼠标将实验仪器进行组装。此时每一位学生都可以清楚的看到规范的实验操作步骤以及注意点。选用实拍资源，将学生不易观察到的现象清晰、直观地呈现。

图1：《水沸腾实验》3D 课件

（三）有效解决学生实验操作的时空限制

课堂教学的时间和空间有限，还有很多课外的探究活动需要我们不断拓展。这时候“央馆虚拟实验”的使用就可以为学生提供很好的课外指导。作为课堂教学的补充和延伸，将课堂研究延伸到课外，可以为学生提供更多的动手实践机会，拓宽学生实践和创新的途径。

例如在《种植植物》这一教学内容中，由于受到时间和空间的限制变化非常缓慢，而且实验结果很难保证，我们就利用虚拟实验请学生自己操作，自主实验学生更好更快更直观地了解了环境改变对植物的影响，通过在课堂上的体验，再将学到的经验带回到生活中，在家里动手实践。帮助学生体验这一类长时探究的实验。

在学习植物的蒸腾作用这一内容时，由于无法直接观察到，首先可以邀请学生来设计实验，开拓思维。经过讨论，统一实验方案后在实际的课堂教学中很难短时间呈现。借助“央馆虚拟实验”就可以在现场将学生的想法付诸实践。学生根据设计的实验，自由选择合适的材料，通过自主操作，组装实验装置。通过一定时间的观察，证明自己的想法。这无疑是对学生最大的肯定和鼓舞。同时还能将科学的探究和学习延伸到课后。学生的参与程度大大提高，同时可以结合及时的点评和奖励等评价机制进行个性化的指导，使学生的学习走向个性化。

三、结语

当然每一件事物都有它的两面性，虚拟实验也不例外。它所拥有的一些优势也并不代表可以完全代替动手实验。虚拟实验的可重复操作性和预设不利于培养学生的创新思维；点点屏幕和鼠标无法代替酒精灯加热、玻璃棒搅拌溶解、显微镜观察等实验仪器的操作和使用，这样无法培养学生的动手操作操作能力。科学是建立在基础实验之上的科学，亲自动手实验有其无法取代的优势。正如北京师范大学何克抗教授所说：“所谓信息技术与课程整合，就是将信息技术有效地融合在各学科的教学来营造一种信息化教学环境，实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以‘自主、探究、合作’为特征的教学方式，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来”。虚拟实验并不是完全代替传统实验，而是利用虚拟实验的特点、优势大大改善传统实验对学生进行实验活动的制约。在实际课堂教学中我们应扬长避短，两种手段灵活选择，做到优势互补，相辅相成，共同推动新时代背景下的教育教学方式创新和发展。

参考文献：

[1]张小丹.基于 NOBOOK 虚拟仿真实验的生物学教学[J]中国教育技术装备，2019（13）：46-48

[2]张学军，梁相梅.基于初中化学虚拟实验的“双案”教学设计[J].现代教育技术，2012（1）.