實驗教學始終是教育教學中的重要部分，隨著教育理念的革新、計算機技術的迅速發(fā)展等，借助虛擬現(xiàn)實技術、3D影像技術等解決教育中實驗教學的不足等問題，通過虛擬實驗中的正確指導，運用虛擬的實驗素材進行不斷的探索創(chuàng)新，盡可能的避免危險實驗可能會帶來的傷害，培養(yǎng)學生的動手實踐能力與探索創(chuàng)新能力，從而提高知識學習與知識掌握程度。
在傳統(tǒng)課堂中重視理論教學，忽視高成本、高難度的實踐教學，理論與實踐的脫離，學生通過教師的講解與指導，為避免資源浪費分為小組操作實驗，不是每個人都可以操作的到。實驗中還必須要按照教師的實驗指導機械式的操作，學生缺乏獨立思考與設計實驗能力，且實驗課時在教學中的課時安排較少，學習有一定的局限性。
云幻科教虛擬學科實驗室運用虛擬仿真技術構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗操作對象，生動形象的直觀展示實驗，逼真的虛擬實驗教學環(huán)境讓學生猶如身臨其境。學生可以進行實驗觀摩、模擬實驗、拓展訓練等操作，在實驗中對實驗過程、實驗現(xiàn)象等觀察的很清楚，激發(fā)學生的學習興趣，提升實驗知識學習。云幻科教虛擬學科實驗室包括虛擬化學實驗室、虛擬物理實驗室、虛擬生物實驗室。
一、虛擬實驗室教學的必要性
(一)強化學生在學科實驗的基本知識
學科實驗教學要求學生了解實驗步驟、實驗原理、實驗現(xiàn)象，通過這些知識保證實驗的順利完成，提高實驗的成功率，避免資源浪費。然而在實驗中定會有些學生在基礎知識預習不足的情況中實驗難進行或失敗。虛擬學科實驗室打破時間與空間限制，學生可以在教學前反復的操作與練習，熟練掌握基本操作，鞏固實驗知識，同時避免相關實驗素材的浪費，全面提升實驗能力。
如在化學中，高錳酸鉀加熱制氧氣，教師需要為避免資源浪費與器材損耗，反復強調(diào)試管口需略向下傾斜、實驗結(jié)束先撤導管再滅酒精燈，學生對這樣導致的后果不能理解，老師又不能損壞一個實驗器材作為代價警示他們。虛擬實驗教學資源就解決了這些問題，為學生提供多次體驗選擇，解決學生疑問，鞏固知識學習。
(二)保證學生準確觀察到實驗效果
實驗中有些微觀實驗不容易觀察，虛擬實驗將微觀現(xiàn)象可視化，讓學生能夠清楚的看到實驗中的各種實驗現(xiàn)象。虛擬仿真技術高度還原實驗現(xiàn)象，即使是細微的變化也讓學生能夠一目了然，可多次的實驗操作讓每一位學生都能觀察到實驗現(xiàn)象，掌握實驗知識。
如生物實驗中的觀察葉綠體和細胞質(zhì)的流動實驗，需要在顯微鏡下觀察，有選取的植物要求、光照要求等很多實驗條件，又要慢慢的觀察流動速度、最適溫度等。虛擬實驗在直觀的展現(xiàn)細胞質(zhì)的流動的同時，標識不同溫度與計算速度的，讓實驗變得可控易觀察。
(三)有助于學生完成難度較高或難以實現(xiàn)的實驗
有很多的實驗是學校為學生提供器材與創(chuàng)造的，課程難度大學生就更不容易理解了。虛擬實驗通過虛擬現(xiàn)實技術的可塑性，制作各種各樣的實驗教學模具與構(gòu)造教學環(huán)境，模擬現(xiàn)象物理過程與結(jié)果，使靜態(tài)事物動態(tài)化、抽象知識形象化、難以操作的實驗動畫模擬化，幫助學生由形象思維轉(zhuǎn)向抽象思維。
如物理實驗中，聲音不能在真空中傳播這個課題，很難去再現(xiàn)一個真空的環(huán)境給學生了解，即使使用抽氣盤和抽氣機進行演示，也很難做出來絕對真空環(huán)境，虛擬實驗器材除了營造相應環(huán)境，還將聲音的傳播可視化標識，學生可以很方便地進行演示實驗和學生分組實驗的練習，還可以自主地進行實驗探究。
(四)增加學生動手實驗操作機會，提升參與實驗設計能力
傳統(tǒng)的實驗中，由于教學條件的限制，有很多的實驗是小組操作或者無法實現(xiàn)的，人人動手操作的可能性較小，不能較好的對實驗進行分析與觀察對學習知識有所阻礙的。虛擬實驗無需消耗任何實驗素材，使用簡單的儀器設備完成整個實驗。學生可以利用虛擬實驗對實驗進行個性化實驗設計，研究性的進行知識的學習，培養(yǎng)學生的自主實驗設計能力與探索創(chuàng)新能力。
二、虛擬學科實驗室的特點
(一)交互式操作，培養(yǎng)實踐動手能力
虛擬現(xiàn)實技術為學生構(gòu)建身臨其境的虛擬教學環(huán)境，讓學生自身以各種形式參與實驗發(fā)生與變化的過程中去，在虛擬的實驗環(huán)境中扮演主導者角色，學習者的實驗設計、實驗操作都將導向著實驗的發(fā)展方向。學生通過動手操作完成實驗，讓學生在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，鼓勵學生“手腦并用”，提高學生實際操作能力。在虛擬實驗中學習者的認知、動作、反應及交互技能都能夠得到良好的訓練。
(二)節(jié)省資源損耗，規(guī)避實驗風險
隨著學校學校的學生越來越多，學校實驗室的應用壓力不斷增加，因為實驗經(jīng)費與實驗難易程度等問題，導致實驗教學活動難以開展。有了虛擬學科實驗室，極大程度上解決了實驗經(jīng)費問題。虛擬的實驗器材與實驗材料可節(jié)省實驗成本，即使多次操作也無需擔心實驗資源浪費和消耗問題。同時也不必再擔心一些有毒、放射性、易燃易爆、細菌等危險實驗，保證了實驗室的安全與學生的健康安全，消除實驗中會出現(xiàn)的安全隱患，讓每個學生都能夠操作實驗。
(三)與教材相匹配，實驗素材豐富全面
云幻科教初中化學虛擬學科資源庫是根據(jù)國家課程標準實驗要求，依據(jù)人教版(蘇教版、滬教版等)九年級化學實驗課程設置，綜合應用3D影像、虛擬仿真技術構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，供學生進行模擬化學實驗。資源庫包含一氧化碳還原氧化鐵、濃硫酸的腐蝕性與稀釋、粉塵爆炸實驗、甲烷燃燒等化學實驗內(nèi)容。
云幻科教虛擬實驗資源庫，將現(xiàn)代3D影像技術、虛擬現(xiàn)實技術和課程標準教學需求無縫銜接，包含初中、高中階段，覆蓋化學、物理、生物等學科，是學校實驗創(chuàng)新教學、深度應用教學設備的最佳實驗資源。運用虛擬實驗資源庫建設虛擬實驗室，將難以進行的復雜實驗或具有危險性的實驗，在高度仿真的虛擬環(huán)境進行教學、操作、應用，能有效提供教育設備利用率，節(jié)省實驗教學經(jīng)費，規(guī)避實驗風險，提高學生自主操作的主動性。
(四)打破時間與空間限制，虛擬實驗環(huán)境逼真
虛擬實驗室節(jié)約大量實際實驗所需要的時間，比如器材的準備、實驗中反應進行時間等，提供便捷安全的平臺，耗時長、難演示的實驗也能在課堂上展示，并且能無限次練習操作。云幻科教虛擬實驗通過3D影像、虛擬仿真技術構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境，再現(xiàn)生活中無法觀察到的、無法用簡單方法再現(xiàn)的事件，對微觀世界及客觀世界的模擬，真實感強，調(diào)動學生多感官參與，給學生身臨其境的感受，為學生提供更多的時間與空間去探索去研究，更快的掌握實驗目標及內(nèi)容、知識點等，從而達到體驗式教學效果，提高學生的學習興趣。
中學是學生創(chuàng)新能力與探索能力培養(yǎng)的最佳時期，實驗教學對于培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才有著重要作用。實驗教學是學科教育的基礎，是科學知識學習的源頭，虛擬學科實驗室可以提高實驗效率，降低實驗成本，必將更廣泛地應用到教學中。
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