前言
近期，教育部發(fā)布關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見，提出2023年前要將實(shí)驗(yàn)操作納入初中學(xué)業(yè)水平考試，考試成績納入高中階段學(xué)校招生錄取依據(jù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國家課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。
在各類學(xué)校的教學(xué)活動中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)一樣，是培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)。如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)精神等優(yōu)勢，是我們必須思考的重要問題。
實(shí)驗(yàn)操作過程是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生動手、動眼、動腦的過程，可以通過實(shí)驗(yàn)探索發(fā)掘?qū)W生的巨大潛能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)是理論知識的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)操作不僅增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的可信度，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、尊重事實(shí)的科學(xué)探究能力。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端
我國傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，普遍存在著重理論、輕實(shí)驗(yàn)，雖然近年來知識的積累與能力的差距逐漸拉小，但還是存在著些許的問題。
1、演示實(shí)驗(yàn)占比過大，教師占主導(dǎo)地位
由于實(shí)驗(yàn)條件等因素的限制，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師演示實(shí)驗(yàn)及小組實(shí)驗(yàn)居多，沒有對學(xué)生的動手能力、實(shí)驗(yàn)技能等進(jìn)行有效的培養(yǎng)。
2、實(shí)驗(yàn)效果不易觀察，演示效果不好
部分實(shí)驗(yàn)的直觀性比較差，演示時(shí)往往后排的同學(xué)看不清楚，或者有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，坐在前排的同學(xué)也難以觀察。
3、實(shí)驗(yàn)趣味性低，教學(xué)組織難
有些實(shí)驗(yàn)做起來照本宣科，缺少趣味性，學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)探究的熱情和實(shí)驗(yàn)的原理分析。同時(shí)又有些同學(xué)在教師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)異常活躍，課堂如鬧市一般，影響教學(xué)效率及質(zhì)量。
4、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少
傳統(tǒng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，教師按照教材中的實(shí)驗(yàn)步驟或提示進(jìn)行演示，學(xué)生按照教師的演示進(jìn)行操作，學(xué)生不必思考和分析，按圖索驥，使學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)的理性思考。
5、實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)內(nèi)容繁多，再現(xiàn)成本高
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繁多，使用傳統(tǒng)教學(xué)手段進(jìn)行復(fù)習(xí)，需要將實(shí)驗(yàn)重新展示，再現(xiàn)成本較高，有些實(shí)驗(yàn)不便于重新展示，造成實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)效果不好。
實(shí)驗(yàn)技術(shù)化，教學(xué)有效化
《教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》指出“拓展創(chuàng)新，不斷將科技前沿知識和最新技術(shù)成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富內(nèi)容，改進(jìn)方式。……對于因受時(shí)空限制而在現(xiàn)實(shí)世界中無法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過程，以及有危險(xiǎn)性、破壞性和對環(huán)境有危害的實(shí)驗(yàn)，可用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段呈現(xiàn)。”
現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本大大的降低了，一些難以實(shí)現(xiàn)、難以操作的實(shí)驗(yàn)變得可以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代信息技術(shù)的效果和作用變得尤為突出。其中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著重要的作用。其不僅僅給學(xué)生提供了眾多的實(shí)驗(yàn)操作，還給學(xué)生提供了一個(gè)猶如真實(shí)的實(shí)驗(yàn)空間，讓學(xué)生像在做真實(shí)的實(shí)驗(yàn)一樣。“聽十遍不如動手做一遍”，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)構(gòu)建模擬的實(shí)踐環(huán)境在實(shí)現(xiàn)教學(xué)方面有著重要的作用，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效化。
AR仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量
云幻科教AR仿真實(shí)驗(yàn)按照國家課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)要求，將中學(xué)難懂的抽象的復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用3D建模及AR技術(shù)營造虛實(shí)合一的實(shí)驗(yàn)場景，可以提升學(xué)生的觀察能力、探究能力、邏輯思維能力及團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索的興趣。
1、豐富安全的實(shí)踐探索空間
AR仿真實(shí)驗(yàn)為師生提供一個(gè)虛擬的實(shí)踐空間，加深對實(shí)驗(yàn)安全規(guī)范的認(rèn)識，讓學(xué)生親自感受錯(cuò)誤操作的危險(xiǎn)性，提醒學(xué)生避免這些錯(cuò)誤的發(fā)生，給學(xué)生留下深刻的印象，對實(shí)驗(yàn)中的安全規(guī)范操作引起高度重視，降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故發(fā)生的概率。
2、模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，直觀再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
AR仿真實(shí)驗(yàn)使復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)周期過長實(shí)驗(yàn)、危險(xiǎn)系數(shù)高實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮憬莸卣故境鰜恚瑵M足實(shí)際課堂教學(xué)的需要，豐富了課堂教學(xué)形式。同時(shí)通過大屏幕展示，可以讓教室內(nèi)的同學(xué)們都觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，習(xí)得實(shí)驗(yàn)知識。
3、趣味化實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
托爾斯泰曾經(jīng)說過：“成功的教學(xué)，所需的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。”AR仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)內(nèi)容，虛擬與真實(shí)的疊加，學(xué)生猶如操作真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，開放性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生樂于探索。
4、實(shí)驗(yàn)自由性強(qiáng)，用戶可隨意操作
實(shí)驗(yàn)器材無固定操作，當(dāng)教師想要演示不操作某一步驟會導(dǎo)致什么現(xiàn)象的時(shí)候，可以省去部分實(shí)驗(yàn)器材的操作，為學(xué)生直觀展現(xiàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)的器材及實(shí)驗(yàn)操作的自由性強(qiáng)，予以學(xué)生探索的空間。
5、可反復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，避免資源浪費(fèi)
虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)器材不會產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)素材的消耗，損壞時(shí)只需要點(diǎn)擊菜單里的“重做”即可獲取新的實(shí)驗(yàn)素材，避免了實(shí)驗(yàn)儀器和藥品的浪費(fèi)，教師及學(xué)生可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)操作，隨時(shí)預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、操作實(shí)驗(yàn)。
AR仿真實(shí)驗(yàn)搭橋傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化
虛擬實(shí)驗(yàn)是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充、完善和拓展，其能夠緩解很多學(xué)校的場地、經(jīng)費(fèi)等問題，無論是教師還是學(xué)生都可以自由的操作，其與常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作也會有各種各樣的區(qū)別。教師可以結(jié)合教材內(nèi)容及兩種實(shí)驗(yàn)各自的優(yōu)勢，將兩者靈活結(jié)合，相輔相成，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最優(yōu)化，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
AR仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用，可以讓學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，虛擬實(shí)驗(yàn)器材可以解決安全顧慮、滿足學(xué)生對未知的探索，使學(xué)生學(xué)會獨(dú)立思考，獲得科學(xué)探究的方法，同時(shí)可以推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新，促進(jìn)教師的教學(xué)方法現(xiàn)代化，提高課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性。