1、东师理想物理、化学、生物虚拟实验室建设方案西南师范大学理想信息技术研究院2016年9月小学数学虚拟实验室计划。 概述东师理想高中数学虚拟实验室软件秉承培养中学生创新精神和实践能力的设计理念。 以学科课程标准为基础，在示范实验、探索实验智慧教育理念和方法、优化教学流程设计的基础上进行设计开发。 重点解决常规实验室难以甚至无法完成的演示实验、探索性实验、成本高、危险性太大等问题物理虚拟实验室是学科教学软件吗，以及实验原理难以理解、实验现象难以观察等问题。 针对高中数学教学内容，提供演示实验、探究实验、仪器学习、问题驱动学习，并通过集成集成环境将四部分有机地结合起来。只有这样，才能建立虚拟实验环境和问题驱动学习环境，可用于化学演示实验、探究实验和问题驱动学习。
2、习近平提供有力支持。 以满足班主任实验教学、中学生教师引导探究学习、学生自主探究学习等多种教学模式的需要。 为班主任和中学生提供一个界面友好、科学准确、内容丰富的实验操作平台。该虚拟仿真实验室软件作为常规实验室的补充和完善，可以系统地了解中学数学实验室常见的实验设备； 可为演示实验提供标准化操作流程，包括分步演示、连续演示和虚拟操作。 分步演示可以方便班主任在课堂教学中进行演示和讲解，连续演示可以帮助班主任在备课时了解实验的标准操作步骤。 重现中学生探究的过程，让探究实验的过程更加丰富
3、形象生动，成为教师和学生探究性实验过程中的有用工具； 每个问题驱动的学习主题通过问题驱动的形式将问题、自主学习、重难点讲解、深入练习、拓展等有效连接起来，为中学生自主学习过程中提供核心问题、支撑环境和适当的练习，使中学生能够自主地进行探索性学习，消化吸收所学知识并进行总结。 软件总体架构 理化生物虚拟仿真实验室总体架构主要分为三层：数据层、业务层和应用层。 实验仪器学习问题驱动学习探索 应用层——用户界面 实验仪器学习问题驱动学习探索（一）数据层（一）数据层 业务层——一核逻辑 3D仪器显示与控制的3D实验场景创建 资源调度策略演示 实验数据层提供虚拟仿真实验室所需的基础资源数据，包括
4、实验仪器模型文件、模型纹理资源、声音资源、演示实验库、探究实验库、问题驱动学习资源库。 (2)业务层业务层处理虚拟实验室的核心逻辑，包括3D实验场景的创建、3D仪器的显示与控制、实验资源的调度策略，为应用层提供业务逻辑支持。 （3）应用层 应用层面向用户，以数据层和业务层为基础，为用户提供演示实验、探究实验、仪器学习、问题驱动学习等。 软件功能设计 总体功能设计 中学数学虚拟仿真实验室主要包括集成集成环境、演示实验、探究性实验、仪器学习和问题驱动学习。 中学数学虚拟仿真实验室集成环境 中学数学虚拟仿真实验室以三维虚拟实验室场景呈现。 虚拟场景中有中学生实验台、教师实验台、黑板、仪器柜等。
5.基础设施，用户可以多角度观察实验室环境，集成了演示实验、探究实验、仪器学习和问题驱动学习四大模块。 示范实验根据中学数学教学需要，共提供76个示范实验，每个实验包括实验介绍、实验设备、操作演示、虚拟操作等。 演示实验 (1)实验简介 提供实验的目的、原理、要求等。 （2）实验仪器 展示实验所涉及的仪器，并提供主要用途、使用方法及注意事项等。 （3）操作演示 以动画方式演示标准实验操作步骤，分为逐步演示和连续演示。 通过实验前生动的演示，中学生可以快速、准确地掌握实验的内涵，减少实验操作的盲目性。 (4)虚拟操作以动画的形式提供虚拟的实验操作环境。可以根据实验原理独立操作仪器完成实验过程
6、每个实验步骤均配有相应的操作说明。 演示实验清单类型序号实验名称软件名称功能演示实验1.纸盆振动唱歌小人通过扬声器振动使小人唱歌2.观察音乐的波形，观察声音的波形。 模拟音叉的演示以及男女生声音的波形。 3. 观察噪声波形。 观察噪声的波形。 模拟噪声波形的演示。 观察波形图，用示波器模拟音叉形成的声音波形。 7. 施肥煮沸 施肥煮沸 模拟烧杯顶部施肥后停止煮水，再次煮沸的过程。 8. 光如何传播 光通过激光引导采煤机的线性传播模拟演示了光
7. 光的直线传播 9. 光的折射 光进入水底的折射模拟 10. 光纤 光纤模拟光沿着杯子流出的水传播的过程 11. 光色散现象 光色散模拟演示白光撞击棱镜后的分解 12. 镜头对光的影响 成像投影仪模拟演示投影仪成像情况 15. 幻灯机幻灯机模拟演示幻灯机工作过程 16. 虚像与实像虚像与实像实像模拟演示凸透镜变成虚像和实像 17.放大镜的作用 放大镜模拟演示放大镜功能 18.温度计自制温度计模拟演示湿度计的使用 19.通过带电玻璃棒和橡胶棒实现电荷之间的相互作用
8.电荷之间的相互作用用于模拟和演示电荷之间的相互作用。 20.收费的定向衔接。 电荷的定向运动模拟了电荷的定向连接过程。 21.电压表的使用。 造成内阻的各种原因 26、决定内阻大小的因素 决定内阻大小的因素 用实验来探究决定内阻大小的因素
9.电阻值模拟实验流程物理虚拟实验室是学科教学软件吗，借助欧姆定理检测小灯泡内阻 30.额定电流和额定功率 额定电流和额定功率模拟演示不同额定电流和额定功率的灯泡连接到电路水表的变化 31.电力 电力模拟水表的工作过程，了解电力的概念 32.电压的热效应 模拟电压的加热过程，探究电压的热效应 33.额定功率和额定功率模拟小灯泡发光实验环境，探究额定功率原理 34. 检测小灯电功率，检测小灯 35. 电压热效应 电压热效应仿真演示 无内阻加热煤油时的温度变化 36. 保险丝功能 保险丝功能仿真演示 37. 磁场方向 磁场方向仿真演示与判断
10.破碎磁场的方向 38.磁体之间的相互作用 模拟演示磁体之间的相互作用 磁体之间的相互作用 39.磁化和磁化模拟金属的磁化过程 44.磁场对载流导体的影响。 通过蹄磁铁、轨道、铁棒等模拟磁场对浊度线的影响，演示磁场对浊度体的影响。 45.电动机的原理。
11. 8. 电磁波的产生 通过无线电接收电池漏电电磁波脉冲来模拟电磁波的形成。 量杯的使用是为了模拟量杯的使用。 53.时间的检测。 时间的检测。 模拟演示使用秒表来测量时间。 54. 力的作用。
12.相互 56.惯性实验 惯性实验通过弹簧、小球、支架来模拟演示惯性 57.液体浮力的特性 液体浮力的特性 8.通过罐、压力表、精制盐来模拟演示液体浮力的特性。 力的疗效 61. 大气压托里拆利实验 水银、玻璃管等模拟托里拆利实验 62. 活塞式水泵 活塞式水泵模拟活塞式水泵的工作过程 63. 金属盒气压计 金属盒气压计模拟金属盒气压计结构 64. 硬币“跳高”比赛投币比赛模拟嘴吹硬币跳栅栏实验 65. Po 漂浮rk 猪肉浮子 模拟猪肉
13、在盐水中浮沉的过程中，了解压力的大小以及与什么原因有关。 66、塑料块的浮沉。通过改变金属箔的形状来模拟金属箔的上下浮动。 68、工作原理通过杠杆和滑轮演示工作原理。 力 73. 做功会改变物体的内能。 做功会改变物体的内能。
14、火中之火、空气撞击气缸、玻璃瓶模拟演示改变物体内能。 74.热力机和热力机通过试管、水、酒精灯转化为机械能75.断裂裂变模拟核裂变的过程76.内燃机四种内燃机的四冲模拟。 寻求探究性实验共39个，其中每个探究性实验包括实验指导、实验仪器、实验探究、实验方案。 （1）实验指导，对实验的重点、难点以及实验的注意事项进行说明。 （2）实验仪器 展示实验所涉及的仪器，并说明其主要用途、使用方法及注意事项。 (3)实验计划提供了探究实验的任务分析、探究活动的设计、学习成果的评价方法。 (4)实验探索以动画的形式为用户提供一个虚拟的实验操作环境。用户可以依赖
15、勘探活动需要独立操作仪器设备，并为每个实验步骤提供必要的操作说明。 根据研究活动的需要。 配备必要的原理讲解和扩展应用模拟。 探索实验清单类型 序号 实验名称 软件名称 功能 探索实验 1. 探索声音是如何形成的 通过击鼓、蝉鸣等模拟探索声音的形成 探索声音的产生条件 2. 声音如何从发声物体传播到远处 声音传播模拟 探索声音传播的条件，证明真空不能传播声音 模拟探索反射定理 5. 平面镜成像专题 8. 探索平面镜成像的特性任意调节物体与平面镜的距离，观察
16、通过观察图像探究平面镜的成像特性。 6、色光与染料的混合。 调整色光和染料的比例，看看混合后的结果。 7、凸透镜的成像规律。 通过调节物体到透镜的距离来模拟探索凸透镜的成像规律。 8、固体熔化时温度的变化规律。 温度的变化 9. 水的沸腾 探索水沸腾时温度变化的特点 用酒精灯加热烧瓶中的水，观察水的沸腾情况，记录沸腾时的温度变化 10. 串联电路中电流的规律 改变串联电路中电流的规律 改变串联电路中电压表的位置，模拟探索串联电路中电流的规律
17.并联电路中的流动规律 改变并联电路中电压表的位置，模拟探索并联电路中电流的规律 12.探索串联电路中电流的规律，探索串联电路中电流的规律 改变串联电路中电流表的位置，模拟探索串联电路中电压的规律 13.探索并联电路中电流的关系 15.探索内阻上的电压与两端电压的关系 探索关系内阻上的电压与两端电流之间的关系通过组装电路，调整内阻和电流，独立探索内阻上的电压与两端电流的关系1
18.6。 探索同一物体的质量和体积之间的关系。 使用不同周长的圆形铝块、天平、尺子等来模拟和探索同一物体的质量与体积的关系。 17、检测盐水和不规则形状塑料块的密度。 密度检测 使用天平、量筒、烧杯等检测盐水和不规则形状塑料块的密度。 标记这条线并练习用刻度尺测量宽度。 19.阻力对物体运动的影响。 阻力对物体运动的影响。 模拟探索卡车在浴巾、棉布、光滑木板上等速行驶的距离。
19、弹簧秤、木块、不同粗糙度的木板来模拟并探究摩擦力产生的原因。 22、杠杆的平衡条件。 通过对杠杆和吊钩代码的模拟，探索杠杆的平衡条件。 .流体浮力与流速的关系通过两张纸之间不同流速的空气来模拟流体浮力与流速的关系，探讨流体浮力与流速的关系。 26.压力的大小。
20. 斜坡、弹簧秤和木块模拟环境，探索斜面的机械效率。 28.动能以及与其相关的因素。 使用质量和速度可调的球和木块来模拟和探索动能。 能够通过水、食用油和酒精灯等模拟来比较不同物质吸收热量的能力。 31. 使用普通温度计测量气温。 32. 检测物体运动的速度 检测物体运动的速度 使用尺子和秒表来估计物体的运动
21. 速度。 33、检测固体密度 检测固体密度三维模拟实验，通过天平、量筒、烧杯、细线等仪器，练习检测各种不规则固体的密度。 34、探究凸透镜的成像规律。 探究凸透镜的成像规律。 三维模拟实验。 通过改变物距、像距和凸透镜的焦距，观察在光屏上形成的图像的变化。 35、弹簧测力计的制造和使用 弹簧测力计的制造和使用 用弹簧检测钩码的重量，观察弹簧的伸长量与其所受力的关系。 进行实验以了解弹簧测力计的工作原理。 36、两力平衡条件 通过操作钩码探索两力平衡条件，了解物体在什么条件下保持静止或匀速直线运动。 37.检测小灯泡电功率 通过改变滑块检测小灯泡电功率
22、用变阻器观察小灯泡照度的变化，根据公式检测小灯泡的电功率。 38、探究导体在磁场中运动时产生感应电压的条件探究导体在磁场中运动时形成感应电流的条件。 通过模拟导体在磁场中切割磁感线的运动，探讨感应电压形成的条件。 39. 研究通电螺线管外部磁场的方向 探索带小 n 极的通电螺线管外部磁场的方向。 仪器学习展示小学数学常用实验仪器的三维展示，并提供仪器的主要用途、使用方法或注意事项。 乐器学习的主要目的以及主要目的和使用方法的注意事项。 问题驱动学习根据中学数学教学需要，共提供51个问题驱动学习实验，每个问题驱动学习包括问题启发、自主学习、重难点讲解、
23、深入实践，拓展知识。 探究实验（1）问题启发：围绕课程标准要求的重要知识点提出问题，对学习内容进行多层次、多角度的联觉。 （2）自主学习：提供虚拟学习环境，满足不同学习形式的学习需求，帮助中学生内化知识。 （3）重难点讲解：提供问题引导和分析功能，满足中学生自主学习的需求。 （4）深入实践：提供支持分层应用和训练的测试工具，为中学生学业成绩的提升提供保障。 （5）知识拓展：将知识拓展和延伸到课外生活的相关材料中，培养中学生获取、分析、处理和使用信息的知识和能力。 2． 初中物理虚拟实验室计划。 概述东石理想中学物理虚拟实验室软件秉承培养中学生创新精神和实践能力的设计理念，以学科课程标准为基础，在演示实验中
24、在探索实验智慧教育理念和技巧的基础上进行设计和开发，设计最佳教学过程。 重点解决常规实验室演示实验、探索性实验难以甚至难以完成、成本高、危险性过大等问题，以及实验原理难以理解、实验现象难以观察等问题。 中学物理的特点及需求分析虚拟实验室物理是一门以实验为基础的自然科学，是学校物理教学最基本的特点。 义务教育阶段的物理实验教学对于深化物理基础知识和基本概念的理解，提升物理实验的基础知识和基本技能，学习科学探究的基本方法，培养中学生的科学素质，迸发中学生的创新潜力，培养中学生的科学探究能力，发挥着新物理课程其他内容和教学方法无法替代的特殊作用和核心价值。
25、教学中，个别实验受设备和条件的影响，无法开设演示实验课和小组实验课，无法培养中学生的科学探究能力。对于演示实验，实际教学往往受到实验条件的限制、实验操作的熟练程度和规范性、实验现象不显眼、难以观察等限制。 对于探究性实验来说，存在着探究方案的设计、探究步骤中探究环境和支持条件的实现以及探究结果的讨论等难点。 探究虚拟软件的开发可以解决实验中可能存在的上述问题； 对于实验设备，主要是缺乏对实验设备的使用和注意事项的全面介绍。 了解，一些实验设备的组件控制和拆装经验，在分析一些具有类似功能的实验设备时，很难同时重现这种设备
26、中学物理虚拟仿真实验室具有以下特点： （一）科学性：组织学科专家和一线班主任按照课程标准设计开发，并在实验校园内应用测试，确保科学有效。 （2）系统性：教材中所有演示、探究实验、探究实验的系统设计和系统开发。 （3）交互性：借助信息技术的虚拟交互特性，建立演示实验环境，为探究性实验提供支撑环境，满足班主任演示和中学生探究性学习的需要。 （4）仿真：可根据学科原理对关键实验进行建模，实现设备的仿真，并可根据物理反应的原理和规则手动生成动画； 根据参数设置即可对实验设备进行三维建模。 可控的模拟操作。 （5）智能：根据用户的设置和身体反应的原理，手动估计相应的变量，模拟真实情境，供中学生自主探索和学习，探索身体反应的现象和规律。 中学物理虚拟实验室的整体功能表明，初中化学虚拟仿真实验室的内容完全满足新课程标准的要求。对于小学化学教学内容，提供演示实验、探究实验、仪器学习、问题驱动学习等。
