1.传统化学实验的优缺点 1)实验教学受到时间、空间和人力的限制 (2)实验设备陈旧 (3)一些具体实验现象不明显 2.虚拟模拟实验的优缺点 2.1 优点虚拟仿真实验 (1) 安全性和经济性 (2) 实验结果更接近理论值 (3) 实验环境开放 2.2 虚拟仿真实验的不足 (1) 缺乏实验气氛 (2) 实验过于理想 考虑两者结合(2)根据实验目的合理选择“虚拟”和“真实”实验模式化学实验是培养中学生动手能力、科学思维能力、合作能力的主要手段和沟通能力。 传统的实验模式由于时间、空间、设备等激励因素的限制,无法满足中学生的培养要求。 虚拟仿真实验为实验教学开辟了新天地。 它是计算机技术、虚拟现实技术、人机交互技术的产物,成为信息技术在教育领域应用的一次创新[1]。 相比之下,虚拟仿真实验则是构建结构化的虚拟实验室,为中学生进行探究式学习提供实验条件,帮助中学生研究、分析和探索化学世界中的各种有趣问题[2] 1 1.传统化学实验的优缺点 1.1传统化学实验的优点 (1)可以提高中学生的感性认知。
从心理学的角度来看,中学生对于那些只能亲自触摸的物体总是有更深刻、更彻底的记忆。 在数学教学中,数学概念和规律是建立在一定的感性认知基础上的。 传统实验以真实的实验仪器设备作为实验的物质基础。 中学生操作真实的实验仪器设备,通过视觉、听觉、触觉等了解客观事物,获得感性认知,加深对理论知识的理解,同时形成对化学的热爱。 学习并掌握。 (2)可以提高中学生的操作能力。 中学生在进行化学实验的过程中,不仅对原理理解不够,而且还会遇到各种实验偏差。 这就要求中学生在相关实验中学会分析偏差的原因,并具备一定的解决问题的能力。 懂得如何从重合偏差和系统偏差两个角度进行分析,懂得如何调整仪器来解决相关问题。 当实验结论不符合理论推论时,可以思考是否是仪器使用方法错误或仪器本身缺陷造成的,并进行调整。 在调节真实仪器的过程中,提高了中学生的动手能力和解决问题的能力。 1.2传统化学实验的不足 (1)实验教学受到时间、空间和人力的限制。 传统的化学实验教学通常在特定的实验室中进行。 然而,在一些偏远地区的中学,由于经费问题,没有建设专门的实验室,导致正常的化学实验无法进行,无法实现实验在教学中的作用。 另外,实验人员数量不足以及化学班主任兼职实验员现象仿真物理实验室安卓版,使得传统实验的举办变得困难[3]。
学校数学班老师本身也承受着很大的压力。 他们不仅肩负着提高升学率的重任,也面临着自身职称评审的压力。 但一些中学通常将职称评定与招生任务的完成结合起来。 因此,化学班教师不可能把重点放在化学实验的教学上。 他们更注重理论课程的教学。 而这又会回到原来的应试教育模式,这对于中学生实践能力和创新能力的培养非常不利。 (2)实验设备陈旧。 传统实验采用实验仪器进行时,随着实验次数的减少,实验仪器的使用频率增加,仪器的腐蚀速度加快。 因此,中学生虽然操作正确,但观察到的实验现象和得到的实验数据并不理想。 因此,在实验中经常会出现这样的现象。 为了获得理想的结果,中学生在整个实验过程中忙着测试和修理仪器,浪费了大量的时间,甚至不得不请求其他同事匆忙完成实验任务。 借鉴一个数据,这严重影响了中学生做实验的积极性。 (3)一些具体的实验现象不显着。 数学中的部分知识比较具体,那些具体的化学现象无法通过传统的实验呈现给中学生。 因此,中学生如果不获得感性知识,就很难理解这些具体知识。 例如,电磁波的产生需要变化的磁场和电场的相互作用。 涉及到的电场、磁场、电磁波都是物质的客观存在,但它们是看不见、摸不着的,也无法在真实的实验中呈现。 中学生很难通过感性认知来理解,进而成为学习的难点。
2 虚拟仿真实验的优缺点 2.1 虚拟仿真实验的优点 (1)安全、经济。 有些实验时,为了保证中学生的安全,负责实验的老师会在实验前重点向中学生讲解注意事项,但中学生总是对实验抱有强烈的好奇心。有些事情老师叫他们不要做,但他们却一直想做。 尝试一下,看看结果如何。 例如,在学校的热实验中,老师建议中学生不要在电源两端单独连接一根电线。 中学生正处于初级阶段,他们特别好奇,想看看手术完成后会发生什么。 如果老师不注意仿真物理实验室安卓版,操作错误,可能会烧毁电源,造成安全事故。 虚拟仿真实验提供虚拟组件和实验环境,中学生可以根据自己的观点连接实验组件并观察实验现象。 当操作错误时,虚拟软件会显示相关操作错误警告,提醒此类操作会造成的危害,并不会造成真正的车祸。 这说明了虚拟仿真实验比传统实验更安全、更经济的优势。 (2)实验结果更接近理论值。 传统的化学实验会受到实验仪器、场所等客观因素的影响,导致实验结果不理想。 利用虚拟仿真实验可以提供理想化的实验环境,使实验环境不会对实验设备产生影响。 例如,用摆锤验证机械能守恒实验时,虚拟环境不需要考虑空气阻力对摆锤的影响,因此不会出现摆锤在运动过程中振幅越来越小的现象。摆动过程与真实实验相同。 虚拟实验中的各种实验仪器并不直接接触,这就防止了仪器之间因摩擦而可能产生的偏差。
(3)开放的实验环境。 学生正处于思维活跃、充满幻想、好奇心强的阶段。 他们总是对一切都充满好奇,他们会在脑子里想出一些富有想象力的东西,对一些动手的东西充满极大的兴趣。 一些既定的规则体系总是受到批评。 因此,实验中经常出现这样的现象:中学生不明白为什么实验的操作要按照书上写的步骤进行,难道可以改变自己的方法吗? 尽管班主任仔细地向中学生解释了原因,但中学生仍然固执地认为按照自己的观点和设计更容易获得实验效果。 虚拟仿真实验为中学生提供了一个开放的实验平台。 中学生可以利用虚拟软件根据自己的想法选择实验模式、设计实验步骤。 在实验过程中,他们充分发挥了自己的直觉思维能力和创造性思维能力。 培养中学生学习兴趣的目的已经实现。 2.2 虚拟仿真实验的不足(1)缺乏实验氛围。 虚拟仿真实验采用人机交互的模式,中学生面对的是冰冷的笔记本和一些虚幻的软件。 实验过程中,老师通常通过主机控制的方式与中学生进行互动,这会给中学生一种感觉,他们面对的只是一台能够解释实验知识的机器,而不是一个真人。 虚拟仿真实验模式通常采用一人一机,无法提供真实实验中的人文环境,无法实现核心素质中提出的培养中学生合作与沟通能力的要求。 (2)实验过于理想化。 虚拟实验完全在虚拟环境中进行。 各种设备的连接和调节均通过键盘或按钮进行操作。 中学生只要掌握实验原理,并按照实验原理连接实验设备,基本就能保证实验的准确性。 结果与理论结果一致。
化学核心素质中的“科学思维”提出培养中学生分析问题、解决问题的能力。 虚拟实验过程非常理想,缺乏对真实实验过程中一些细节的模拟,特别是容易出现的实验失败,不利于培养中学生发现和解决的能力问题。 3、两种实验的互补性传统实验模式和虚拟仿真实验各有其独特的异同。 两者并不是非此即彼、对立的意思,而是一种共存、相互促进的统一体。 为了优化化学实验教学的效果,学校化学实验教学应考虑两种实验模式的结合,以实现实验教学的目的。 (1)考虑安全性与感性认知相结合。 (2)根据实验目的合理选择“虚拟”和“真实”实验模式。 化学实验的类型很多,不同类型的实验有不同的实验目的,大致可分为以观察实验现象为主的演示实验、以验证数学规律或规则为主的验证实验和以检测为主的实验。 主要是检测实验,探索性实验主要是探索化学规律。 班主任可以根据实验项目的不同目的,灵活采用虚拟实验和传统实验。 由于虚拟实验模式获得的实验环境和实验结果较为理想,因此一些主要以观察实验现象为目的的实验可以采用虚拟仿真实验模式。 如牛顿环实验、小孔成像实验等。此外,一些难以理解的具体概念和一些需要中学生根据实验原理设计的实验也可以采用虚拟仿真实验模式,以便中学生学生在实验过程中可以充分发挥创新意识。
4.讨论在信息技术发展之前,化学实验都是以传统的实验模式进行的。 随着虚拟仿真技术在教学领域的应用,也促进了传统教学的改革,带来了新的教学理念,影响着教学模式和教学内容的变化。 虚拟实验安全、经济、能够营造理想实验环境的优点填补了传统实验模式的缺点。 同时,由于虚拟仿真技术还没有发展到像传统实验那样能够调动学习者各种感知的强大功能,因此这些方法只能作为传统实验的辅助。 如上所述,两者并不关心两者之间的关系,而是相辅相成,共同发挥实验教学的最大功能。 如何在今后的教学中将这两种实验模式有机结合起来,需要即将成为人民教育工作者的中学生和工作在教育第一线的班主任的不懈努力。 参考文献: [1] 张金峰,贾晓文,赵云飞,等。 信息技术在化学实验教学中的应用[D]. 北京:海军军事交通大学基础部,2018.[2]王卫国,胡金红,刘红。 美国高校虚拟仿真实验教学的现状与发展[J]. 实验室研究与探索,2015:214-219。 [3] 刘克. 模拟化学实验室在中学数学教学中的有效应用策略研究[D]. 北京:湖南师范大学,2012。冯亮,刘高福。 传统化学实验与虚拟仿真实验的对比研究[J]. 科教文汇(月刊),2020(07):79-80。 基金资助:湖南省教学内容与课程体系改革项目(项目编号):云南省一流课程建设项目(千教一发[2017]158号); 湖南师范大学数学一流课程项目(项目编号:); 师范大学数学一流学科项目(贵师大学[2018]100