虚拟实验在小学科学各类型实验教学中的应用策略的研究

引言：虚拟实验通过计算机模拟仿真技术，构建接近真实情境实验环境使学生能够观察难以直接感知现象，参与危险或复杂操作，体验抽象概念形成过程。小学阶段科学教育以培养学生科学兴趣、基本观察能力和初步探究精神为目标，实验教学占据核心位置。然而，受限于学校设备条件、安全因素及学生认知水平限制，传统实验教学面临诸多挑战。虚拟实验技术应用恰好为解决这些问题提供新思路，但如何针对不同类型实验特点制定有效应用策略仍需深入探索。

一、虚拟实验在小学科学演示实验中应用策略研究

演示实验作为小学科学教学常用方法，主要由教师操作展示希望能够引导学生观察特定现象，理解基本概念，然而部分生物生长过程缓慢或微观结构细微，传统演示难以直观呈现。以冀教版小学科学一年级认识蜗牛教学为例，蜗牛生活习性观察需要较长时间且身体构造细微部分学生难以清晰观察。应用虚拟实验技术，教师应当采取实物引入—虚拟观察—互动强化—拓展延伸策略序列。课堂引入真实蜗牛激发学生初步兴趣，运用虚拟实验软件展示蜗牛各部位构造，通过三维动态模型放大呈现触角、眼点、软体等结构，学生能清晰观察到实物难以直接看到细节。

设计交互环节让学生通过触控屏或鼠标操作，自主调整观察角度与放大倍数增强参与感，虚拟实验平台呈现蜗牛生活习性完整视频，压缩时间轴展示其爬行方式、进食习惯及躲避危险反应。此策略有效解决真实蜗牛观察时间长、视角受限问题，使抽象讲解转变为直观体验。教师应注意虚拟演示与实物观察结合，避免完全依赖虚拟环境，设计适当引导问题促进学生主动思考而非被动接受信息。

二、虚拟实验在小学科学探究实验中应用策略研究

探究实验是小学科学教育重要组成部分，强调学生通过自主设计方案、实施操作、收集数据以及分析结果等环节培养科学探究能力。然而传统探究实验在实施过程中常受到实验器材不足、安全隐患、时间限制等因素制约，尤其对于人体内部生理过程或微观世界现象更难以直接观察探究。以冀教版小学科学四年级消化与吸收单元教学为例，食物在人体内部转化过程因其封闭性无法直接观测，学生难以形成完整认知。虚拟实验技术应用为解决此类问题提供了有效途径，教师应当采取问题驱动—方案设计—虚拟操作—数据分析—结论归纳系统策略，创设生活情境引发问题意识，如为何进食后会有饱腹感、食物如何转化为能量等，激发探究欲望。引导学生预想食物消化吸收可能路径，鼓励大胆假设，引入虚拟人体消化系统实验平台，学生可通过选择不同类型食物，观察其在口腔、食道、胃以及小肠等器官中变化情况，软件模拟唾液、胃液、胆汁等消化液作用过程，呈现各阶段分解产物与吸收情况。指导学生记录不同食物消化时间、分解物质特点等关键数据进行比较分析，组织小组讨论，归纳消化吸收主要环节与各器官功能，构建完整知识体系。

教师角色应从知识传授者转变为学习活动设计者与引导者，避免将虚拟实验简化为演示课件，应设计层次分明探究任务如基础层次让学生观察记录食物消化基本路径，提高层次探究不同食物消化速度差异，拓展层次分析消化不良原因并提出健康饮食建议，满足不同学习能力学生需求。强调虚拟与现实结合，引导学生回顾日常生活中进食后身体反应，如饱腹感、消化不适等体验将虚拟实验观察结果与实际生理感受建立联系，增强学习迁移效果。应用合作学习策略，设计小组协作任务如分工负责不同食物消化过程观察，共同构建消化系统知识图谱，培养团队合作精神。还应注重思维能力培养，设置开放性问题，如若某消化腺分泌不足会产生什么影响、如何改善消化系统功能等引导学生运用虚拟实验获取信息解决实际问题。通过虚拟探究实验，学生不仅掌握消化吸收知识，更重要是体验科学探究完整过程，培养观察记录、数据分析、逻辑推理等核心素养，为后续学习奠定坚实基础。

三、虚拟实验在小学科学验证实验中应用策略研究

随着社会发展步伐的不断加快，创新型人才逐步成为推动社会发展的重要动力。所以，教育教学要注重学生创造性思维的培养，为社会培育出更多实用型创新人才。以冀教版小学科学四季形成教学为例，地球公转过程无法短时间内直接观察，季节变化成因理解困难。虚拟实验应用可采取概念导入—模型构建—参数调控—现象观察—规律总结循序渐进策略框架。介绍四季基本特征与地球运动关系，通过虚拟天文实验平台构建地球绕日运行三维模型，清晰呈现地轴倾斜状态。然后设计参数调控环节，允许学生改变地轴倾角、公转速度等变量，观察对季节变化影响。引导学生观察不同公转位置地球各纬度光照强度变化，特别关注南北半球光照强度差异，通过对比分析，引导学生总结地轴倾斜与四季交替因果关系。

此策略通过虚拟环境将抽象天文概念转化为可视化模型，学生能直观理解四季形成机理。实施过程中教师应注重引导学生提出假设，如若地轴不倾斜会怎样，通过虚拟实验验证猜想，培养科学思维。将虚拟实验观察结果与现实季节特征对照分析，建立宏观现象与微观机理联系。验证实验不应简化为结论展示，而应引导学生通过控制变量方法，探究不同因素对季节形成影响，体验科学探究过程。这种教学不但能提高学习兴趣和课堂效率 , 更能帮助学生形成积极的人生态度和正确的价值观, 为学生的未来发展奠定坚实基础。

结论：虚拟实验技术能有效突破传统实验教学局限性，为小学生提供更丰富直观科学体验。不同类型实验应用策略存在显著差异：演示实验应注重感官体验增强，突出难观察现象直观呈现，探究实验应强调学生主体参与，设计开放性任务培养探究能力，验证实验应侧重抽象概念具象化，通过参数调控理解因果关系。虚拟实验应用不应完全替代传统实验而应作为有效补充，将虚拟与现实结合，建立知识迁移桥梁。教师应根据教学目标、学生特点及实验性质，灵活选择应用策略。

参考文献

[1] 鲍伟 . 学本课堂在小学科学教学中的实践——以虚拟实验教学模式为例[J]. 安徽教育科研 ,2025,(10):107-109.

[2] 王洪伟 . 例谈虚拟实验在小学科学课堂的运用 [J]. 湖北教育 ( 科学课 ),2025,(04):83-84.

[3] 王亚平 . 核心素养导向下虚拟实验在小学科学教学中的应用研究 [J]. 甘肃教育研究 ,2025,(06):149-151.