虚拟实验室 学生实验探究新视野——《简单电路》教学有感

杨继国

江苏省常州市溧阳市溧阳河口小学 江苏省常州市溧阳市 213300

[摘   要]  小学科学教育的宗旨是培养学生的科学核心素养。而虚拟实验室作为一种的辅助性科学实验探究新形式，它无疑将对小学科学教学产生深远的影响，以它为平台构建教学环境，使学生在任何时候也可以对任何一个实验开展动手实践，不仅能提高教学效果和教学质量，甚至将会导致人们教育思想和教育观念的巨大革新。

[关键词]虚拟实验室、科学探究、电路

一、 何谓虚拟实验室

虚拟实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实实验台类似，可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验案例，这一点是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要特征。

二、虚拟实验室应用于学生科学探究

新的《科学课程标准》明确指出，要“积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。”而虚拟实验室则为学生的实验探究展现了一个全新的视野：在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。下面我以我教学的《简单电路》一课为例来谈谈。

1.允许出错，降低了真实实验操作的危险性

课堂开始，在组织学生初步尝试连接简单电路时，由于学生对“电路”的前概念不足，他们对电路的认识只来源于一些平时的生活经验，电池与小灯珠怎么正确的连接对他们来说是一个有难度的问题，如果电路连错了形成短路，不仅可能会导致导线发热甚至烫到学生的手，发生安全事故，而且会导致电量大量流失，对后面的电路探究实验造成一定的影响。而我采用虚拟实验室，让学生打开https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-construction-kit-dc_zh_CN.html

在这个虚拟实验室中，电池、灯珠、导线学生可以尽情的尝试，错了也没关系，不需要担心真实实验中因短路烫手的安全事故的发生和电池电量的流失。而且这种全新的科学探究方式让学生感觉耳目一新，自主探究兴趣浓厚。特别是用到稀盐酸、酒精灯的一些更具有危险性的科学实验探究中利用虚拟实验室安全性将更有保障。

2. 突破重难点，直观辅助真实科学实验探究

学生通过在虚拟实验室的尝试连接中会出现各种各样的连接方式，哪些连接方式是正确的？哪些是错误的？为什么？这也是本课中的重难点，而通过虚拟实

       

一   二                     三

验室的三种连接方式（通路、断路、短路）很容易引导学生发现，第一种（通路）连接方式中小灯泡亮了，电流从电池的正极沿着导线经过小灯泡的灯丝又回到了电池的负极，形成一个回路；第二种（断路）连接方式电流没有回到负极，是一个断路；第三种（短路）连接方式中大量电流在两导线中快速地流动并冒火，是一个短路。通过三种连接模型的直观分析学生学习的难度降低了，不仅能了解到小灯泡的构造，认识简单电路的结构，而且可以根据模型完成简单电路设计图并能正确的连接小灯泡，同时也能意识到生活中电路短路的危险及用电安全。

再如，在学生用实物连接时加入开关控制灯泡亮灭的时候出现如图（1）的连接方式，开关也能控制小灯泡的亮灭，只不过是断开开关时小灯泡亮，合上开

      

关时小灯泡灭，似乎也看不出哪里有错误，怎么解释呢？可是通过虚拟实验室建立的模型图（2）就学生可以直观、生动地观察到断开及合上时电流的走向及效果，从而认识到图（1）这种连接方法的错误之处，并及时修正连接方法。

3.突破条件限制，培养学生创新能力

真实实物科学探究实验中存在的一个很大缺陷就是实验材料及数量的限制，比如就《简单电路》教师又能为学生准备多少电池、导线、电珠呢？而虚拟实验室就可以突破这些限制，为学生提供了开放的科学实验探究环境，需要多少材料都可以，在没有材料限制的条件下，学生的设计思想都能付诸于实践，他们的想象能力、创造能力得以膨胀的爆发，思维的火花迸发，学生们利用虚拟实验室正确连接出了一组组连老师都意想不到的组合复杂电路。

三、虚拟实验室在科学实验探究中的展望

正是因为在虚拟实验室中，我们的学生在科学实验探究时既可以在虚拟环境中亲自动手操作，又可自主设计实验，并有效地辅助他们在真实实验中科学实验探究，对于他们的操作能力、设计能力和创新意识极大的培养。教师也可以对他们的实验探究更科学的指导，及时敏捷的把握学生探究效果反馈。虚拟实验室还不受材料、时间、地点的限制，可以将学生的科学实验探究延伸，它无疑将对小学科学教学产生深远的影响，甚至将会导致人们教育思想和教育观念的巨大革新。

结束语：

数字时代的到来，虚拟实验室将为我们小学科学实验探究带来一个全新的视野、全新的空间，它所呈现出许多新特点和新优势将给新时代科学教育教学、学生的科学素养的培养带来的巨大促进作用。

参考文献

[1]《虚拟现实技术及其在远程教学中的应用》. 《中国电大教育》. 1999年6月

[2] 网络虚拟实验室建设的研究[J].实验科学与技术,2007(8):132-134,147.

[3]《虚拟实验室》. 百度百科

[4] 一种基于Web环境的虚拟实验室[J].实验技术与管理,2004,21(3):105—108.

作者简介：杨继国（1977-），男，籍贯：江苏溧阳，民族：汉族，职称：中级，学历：大学本科，研究方向：儿童心理发展与教育

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