虛擬實驗在農村初中化學教學中的應用

馬馳騁

【摘要】虛擬實驗教學具有展示性強、安全性高、共享性快等優勢，已逐步成為素質教育教學改革的一大趨勢。文章在調研了虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中應用的基礎上，采用SWOT模型，分析了虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中應用的優勢（S）、劣勢（W）、機遇（O）、威脅（T），并提出發展策略，建議通過加強虛擬實驗教學建設、優化虛擬實驗教學模式、提高任課教師實驗意識和技能、加強實驗教學環節督導、學生考核多元化等舉措，促進虛擬實驗更好地服務于農村初中化學教學。

【關鍵詞】初中化學；虛擬實驗；農村地區；SWOT

【中圖分類號】G633.8【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）09—0071—04

義務教育階段的化學實驗課程以提高學生的科學素養為主旨，培養學生的動手能力、思維能力和科學創新能力[1-2]。然而，相比東部教育發達地區，師生實驗教學認識不深、實驗教學條件簡陋、實驗課程建設經費不足、實驗教師教學水平欠佳、教學內容深度不足等諸多問題在我國農村初中化學實驗教學中逐漸凸顯[3-5]。而虛擬實驗作為實驗教學的重要補充，具有傳統實驗教學所不具備的優勢，在解決復雜實驗做不好、抽象實驗不好做、危險實驗做不了等困難上能夠很好破解[6]。因此，開展虛擬實驗在農村初中化學教學中的應用，對初中學生基本實驗技能和實驗探究能力的培養具有重要的現實意義。

目前國內學者針對虛擬實驗在化學實驗教學中的應用研究，主要集中在課程案例應用、虛擬實驗實現途徑、虛擬實驗技術等方面。付超強[7]以初中化學制取氧氣實驗為例，探討Unity3D在初中化學虛擬實驗教學中的應用；陳春燕[8]認為虛擬實驗能夠強化實驗課堂的真實性，拓展實驗的內容；師宏佳[9]借助移動端化學虛擬仿真實驗，創新性提出預習、線上討論、線下實操、課后鞏固的四步走的雙線融合式的初中化學實驗教學方式；周子晴[10]認為通過制作微課視頻提升虛擬實驗教學質量；朱世根[11]以一氧化碳實驗為例，借助NOBOOK虛擬實驗開展實驗教學設計，實驗視覺和教學效果顯著；魏江明[12]開發設計了三維虛擬實驗系統，以此增強學生化學實驗教學興趣和教學效果的沉浸感；吳婷婷[13]基于NO？ BOOK虛擬實驗平臺構建初三化學虛擬實驗的教學設計，通過對比實驗發現，虛擬實驗教學能夠顯著提升學生綜合素質。

綜上所述，目前學者對虛擬實驗融入初中化學課程研究較多，然而，對虛擬實驗融入農村初中化學教學的關注比較欠缺。

SWOT模型是常見的一種戰略態勢分析法，學者逐步在現狀發展態勢分析、市場競爭力分析等領域得以廣泛應用[14-15]。基于此，筆者將基于多年從事初中化學實驗教學經驗，引入SWOT模型，系統分析虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中應用的內部和外部環境，進而提出推廣和應用虛擬實驗教學的策略，以期為教育教學改革發展提供理論參考依據。

一、虛擬實驗在農村初中化學教學中的SWOT分析

筆者根據自己多年的教學經驗，以及對虛擬實驗應用到化學教學中的探究，向同行教師和學生發放調研問卷，并查閱相關文獻資料。運用SWOT模型，從內部優勢（S）、內部劣勢（W）、外部機遇（O）、外部威脅（T）這四方面，對虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的應用進行綜合分析。

（一）內部優勢（S）

1.虛擬實驗教學內容豐富。農村初中化學實驗教學的開展主要受實驗條件、實驗藥品、專業實驗技術人員等因素的限制，部分高難度、危險性化學實驗僅僅在課堂通過理論方式講授，意味著學生實際動手參與和實踐的化學實驗有所不足。而虛擬實驗可借助于多媒體、仿真和VR等現代新技術生動形象地向學生展示，從實驗開始注意事項、實驗準備階段、實驗過程到實驗結果都可以一一展示，同學們上課沉浸感較強，一定程度上豐富了化學實驗教學內容，激發了學生對化學實驗課程的興趣，提高了實驗教學質量。

2.虛擬實驗安全性高。在初中化學實驗過程中會涉及使用濃硫酸、鹽酸、高錳酸鉀等具有腐蝕性、毒性試劑藥品，在濃硫酸稀釋、氧氣制取、酒精燈使用等實驗過程中往往伴隨有爆炸、著火、中毒等危險。對于初次接觸化學實驗的學生，實驗操作流程不夠熟練，任課教師需要在前期做實驗室安全培訓工作，藥品取放及過程操作往往由老師操作，并有3-4名學生協助，盡可能規避實驗過程中的實驗風險。而虛擬實驗教學在安全性方面具有絕對性保證，突破了對實驗場所的要求，避免因實驗操作不當引起的安全性風險，這也是虛擬實驗教學受歡迎的主要因素。

3.虛擬實驗教學體驗感更強。相比傳統化學實驗教學，虛擬實驗教學帶給學生的體驗感更加深厚，實驗過程中會將比較復雜或重要的實驗操作環節、實驗反映現象、實驗易錯地方等通過特效顯示，學生更容易明白實驗的原理和實驗的反應過程。而在傳統實驗教學中，同學們往往注意到實驗的“表象”，對于實驗反應過程理解不夠。虛擬實驗在一定程度上實現了化學實驗過程的全方位觀察。

（二）內部劣勢（W）

1.虛擬實驗教學對培養學生實踐操作能力欠缺（W1）。盡管虛擬實驗教學借助現代科學技術擁有傳統實驗教學所不能及的優勢，然而在培養學生發現問題解決實際困難、動手操作和實踐能力方面仍呈現出一定的不足。化學實驗的操作過程往往并不是嚴格按照理論預設方向發展，在實際操作過程中會出現各種意外致使實驗失敗，而恰恰發現問題、解決問題也是培養學生思維能力和實際動手操作能力的關鍵環節，而這也是虛擬實驗教學的主要短板。

2.虛擬實驗教學易忽視培養學生的團隊合作意識。虛擬化學實驗教學可以形象而生動地展示課程教學內容，教學內容也受到同學們的喜愛，但培養義務教育階段學生的動手能力、團隊協作能力、反思能力等同等重要，這也恰恰是虛擬實驗教學的短板所在。虛擬實驗教學往往展示成功而又形象的實驗過程，這也將導致學生忽視實際動手操作以及團隊合作意識，同時更體驗不到化學實驗動手操作過程中的快樂和興趣。

（三）外部機遇（O）

1.國家大力支持，政策環境良好。近年來，隨著素質教育大發展，國家陸續出臺一系列政策，為虛擬實驗教學推廣和應用發展奠定了良好的政策基礎。2010年，教育部發布《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》；緊接著2012年教育部頒布《教育信息化十年發展規劃》，指出要促進優質教育資源普及共享，推進信息技術與教育教學的深度融合。2017年，教育部辦公廳關于開展2017年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知。2019年11月，教育部印發了《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，意見指出鼓勵教師在今后的教學中應注重將傳統實驗教學與現代科技有機融合，切實增強實驗教學的趣味性和吸引力，提高實驗教學質量和效果。

2.符合義務教育需求，發展前景廣闊。隨著教育理念的不斷深入人心，家長、學生對優質教育資源的呼吁越來越高，虛擬實驗教學已經成為素質教育教學改革的一大趨勢。近年來，國家大力推行教育資源共享，虛擬實驗教學視頻資源將不再局限于學校，學生可借助網絡平臺隨時觀看，具有廣闊的發展前景。

（四）外部威脅（T）

1.師生實驗教學意識淡薄。一方面，受應試教育影響，部分教師化學實驗教學意識比較淡薄，認為化學實驗教學浪費時間，容易影響課程進度，一般將實驗教學轉變為演示實驗，部分轉為理論講授和習題講解，從而達到提高考試分數的目的；另一方面，目前初中生會考中，對化學實驗的考查主要集中在實驗內容和實驗方法方面，忽視學生動手能力的考核，從而不利于學生動手能力和實驗素養的培養，學生對實驗教學往往處于被動應付狀態，缺乏參與并實踐探索的積極性。

2.虛擬實驗教學模式不夠成熟。盡管虛擬實驗教學比傳統實驗教學更有優勢，但虛擬實驗教學在大部分農村地區初中化學實驗教學中并沒有得到廣泛推廣普及，學校缺乏虛擬實驗教學場所，虛擬實驗教學在課程教學環節沒有設置。部分教師雖然贊成虛擬實驗在實驗教學中的應用，但教師自身能力還有待進一步提高，部分教師在實驗教學時，仍然采用傳統講授的方式，虛擬實驗在實驗教學中的應用并沒有真正落到實處。

二、虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的發展策略

根據對虛擬實驗在農村初中化學實驗發展的SWOT分析，進行兩兩交叉組合，可得到虛擬實驗在農村初中化學實驗發展的SO策略、ST策略、WO策略和WT策略。

（一）SO策略：加強虛擬實驗教學建設，提高實驗教學效率

虛擬實驗教學作為目前我國素質教育教學改革的一大趨勢，校領導應加強層次設計，充分認識到虛擬實驗教學在現代化教育教學改革發展中的重要性，整合教育資源，搭建虛擬網絡教學平臺，并將虛擬教學納入課程教學體系，深層次發揮虛擬實驗教學優勢，切實提高農村地區化學實驗教學質量，并將化學虛擬實驗教學案例及時在物理、生物等課程中推廣應用。

（二）WO策略：創新虛擬實驗教學模式，提高化學實驗教學質量

探尋虛擬實驗與傳統線下實驗教學的平衡點。根據相關的教學設計理論和構建主義理論，建立與虛擬實驗相適應的教學模式，提高實驗教學效果，助力高效課堂的構建。化學實驗課程教學設計環節，應充分發揮線下實驗和虛擬實驗優勢，將“線上+線下”教學優勢互補，多措并舉提高農村初中化學實驗教學質量，進一步激發學生的學習興趣。

（三）ST策略：提高教師實驗意識和教學水平，發揮虛擬實驗教學優勢

農村初中辦學條件相對比較簡陋，師資隊伍建設程度較低。首先，學校要鼓勵老師多走出去交流學習，多了解教育發達城市的教學現狀，拓展教師思維深度和廣度；其次，學校要鼓勵教師利用現代化多媒體技術，定期邀請校內外優秀教師開展虛擬實驗教學觀摩課、示范課，不斷加強教師實驗教學專業知識，提高實驗教學技能。

（四）WT策略：加強實驗教學環節督導，學生考核多元化

在初中化學實驗教學環節，學校職能部門要充分發揮日常督導檢查工作，校領導通過“聽、評”環節，督促教師嚴格按照課程目標開展化學實驗教學活動。與此同時，強化化學實驗考核的多元化，將日常動手實踐過程考核納入平時成績或期末成績。多措并舉推動虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中健康、持續發展。

參考文獻

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（本文系2022年度甘肅省“十四五”教育科學規劃一般課題“虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的應用探究”的研究成果，課題立項號：GS[2022]GHB0855）

編輯：張昀