數字化助力下的初中科學虛擬實驗教學探析

韋衛林

隨著科學技術的迅猛發展，特別是計算機仿真技術和互聯網技術的廣泛應用，數字化教育正在深刻改變著傳統教育的形態與模式。在初中科學教育領域，實驗教學是培養學生科學探究能力、驗證科學理論、提升科學素養的重要手段。然而，傳統實驗教學受制于資源、時間和安全性等多重因素的制約，有時難以充分滿足廣大初中生的實驗需求和個性化學習體驗。基于此，教師要能改變教學觀念，充分利用數字化技術助力初中科學課堂教學。

初中科學教育階段是學生科學素養啟蒙和養成的關鍵時期，然而受制于實物實驗條件限制、安全性顧慮等問題，傳統實驗教學方式難以滿足所有教學需求。因此，數字化助力下的初中科學虛擬實驗教學研究顯得尤為迫切和重要。本文旨在深入剖析數字化虛擬實驗教學在初中科學教育中的實踐應用及其價值體現，為科學教育的現代化改革提供理論依據和實踐指導。

? 一、選擇與整合優質資源

在數字化助力下的初中科學虛擬實驗教學中，首要策略是精心挑選并整合適應初中科學課程標準的高品質虛擬實驗資源。教師應當對照初中科學教材的內容，尋找與之配套或者能夠有效補充教材知識點的虛擬實驗項目，確保虛擬實驗與理論教學緊密銜接，有助于鞏固和深化學生對科學概念的理解。同時教師要對比各類虛擬實驗室平臺的功能性、交互性、安全性等因素，例如選用符合國家教育信息化標準且具有良好用戶口碑的平臺，如“中學科學虛擬實驗室”“科樂思虛擬實驗室”等，這些平臺可能包含模擬物理、化學、生物等多學科實驗模塊。初中科學課程中涉及的典型實驗，如光學實驗中的光路圖制作、力學實驗中的力臂測量、電學實驗中的電路連接與故障排查、生態學實驗中的生態系統模擬等，都可以借助虛擬實驗進行重現和深入探究。例如在初中科學的光學單元中，教師可以選擇一款能夠模擬光的反射、折射、成像規律的虛擬實驗工具，讓學生在安全、便捷的環境中改變光源位置、角度或介質屬性，直觀地觀察并理解光的傳播規律，而無需受限于實物實驗器材和實際環境的影響。同時，還可以通過數字化手段收集數據，輔助學生繪制光路圖、計算相關物理量，從而加深對光學理論的認識和應用能力。

? 二、結合翻轉課堂模式的應用

在數字化助力下的初中科學虛擬實驗教學中，翻轉課堂是一種有效的教學策略，它能夠充分利用虛擬實驗的優勢，重新分配課堂內外的學習時間，增強學生自主學習和合作探究的能力。教師可以預先錄制或選取優質的虛擬實驗視頻教程，上傳至在線學習平臺，供學生在課前預習。比如在學習“浮力”章節時，學生可以在家通過虛擬實驗室軟件自行操作船只模型，改變船的形狀、載重以及浸入水中的體積，實時觀察浮力的變化，從而理解阿基米德原理。學生在完成虛擬實驗后，還需要記錄實驗步驟、觀察結果以及初步分析，為課堂討論做好準備。課堂上，教師不再重復演示實驗過程，而是直接進入討論和答疑環節，針對學生在虛擬實驗預習中遇到的問題進行集中講解。例如教師可以根據學生提交的實驗報告，挑選典型問題進行剖析，引導學生對比實體實驗與虛擬實驗的異同，深入探討浮力產生的原因及其在現實生活中的應用。此外，還可以組織小組合作活動，讓學生分組交流各自的實驗心得，共同解決復雜問題，培養團隊協作解決問題的能力。

? 三、混合式實驗教學的應用

在數字化助力下的初中科學教學中，混合式實驗教學策略結合了虛擬實驗與實體實驗的優點，實現了二者優勢互補，以達到最佳的教學效果。在學習“物質的溶解與結晶”這一知識時，教師可以先利用虛擬實驗室軟件讓學生在課前進行模擬實驗，觀察不同物質在水中溶解的過程，調控溫度、溶劑質量等因素，直觀地理解溶解度曲線的形成。而在課堂上，則組織學生進行實體實驗，親手操作實驗器材，親自稱量溶質、溶劑，真實感受溶解過程，通過實體操作來驗證和深化虛擬實驗中的理論知識。對于一些受到條件限制或具有一定危險性的實驗，如“電解水實驗”或“燃素說的歷史實驗”，虛擬實驗可以很好地模擬實驗過程和現象，讓學生安全地觀察到氫氣和氧氣的產生，理解化學反應的實質，而無需擔心實驗安全隱患。盡管虛擬實驗在很大程度上彌補了實體實驗的不足，但實體實驗的動手操作過程仍然是培養學生實驗技能和動手能力的重要環節。在學習“杠桿原理”時，學生在虛擬環境中理解并操作不同類型的杠桿后，仍需通過實體杠桿模型進行反復練習，以增強對力臂、力矩等概念的感知和理解。

綜上所述，數字化技術為初中科學實驗教學開辟了全新的可能性，虛擬實驗教學以其獨特的靈活性、互動性和安全性，極大地豐富了實驗教學的手段和形式，有助于激發學生學習興趣，提高其科學探究能力與創新能力。

（作者單位：浙江省東陽市六石街道初級中學）