前言
近期，教育部發(fā)布關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見，提出2023年前要將實驗操作納入初中學業(yè)水平考試，考試成績納入高中階段學校招生錄取依據(jù)。實驗教學是國家課程方案和課程標準規(guī)定的重要教學內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。
在各類學校的教學活動中，實驗教學與課堂教學一樣，是培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)。如何改進實驗教學，提高實驗教學的有效性，充分發(fā)揮實驗培養(yǎng)學生的自主學習能力、實驗精神等優(yōu)勢，是我們必須思考的重要問題。
實驗操作過程是一個培養(yǎng)學生動手、動眼、動腦的過程，可以通過實驗探索發(fā)掘?qū)W生的巨大潛能。同時，實驗是理論知識的驗證，實驗操作不僅增強學生對理論知識的可信度，更重要的是培養(yǎng)學生實事求是、尊重事實的科學探究能力。
傳統(tǒng)實驗教學的弊端
我國傳統(tǒng)實驗教學中，普遍存在著重理論、輕實驗，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、演示實驗占比過大，教師占主導(dǎo)地位
由于實驗條件等因素的限制，在傳統(tǒng)實驗教學中，教師演示實驗及小組實驗居多，沒有對學生的動手能力、實驗技能等進行有效的培養(yǎng)。
2、實驗效果不易觀察，演示效果不好
部分實驗的直觀性比較差，演示時往往后排的同學看不清楚，或者有些實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，坐在前排的同學也難以觀察。
3、實驗趣味性低，教學組織難
有些實驗做起來照本宣科，缺少趣味性，學生缺乏對實驗探究的熱情和實驗的原理分析。同時又有些同學在教師演示實驗時異常活躍，課堂如鬧市一般，影響教學效率及質(zhì)量。
4、驗證性實驗居多，設(shè)計性、綜合性實驗較少
傳統(tǒng)課堂實驗教學中，多為驗證實驗，教師按照教材中的實驗步驟或提示進行演示，學生按照教師的演示進行操作，學生不必思考和分析，按圖索驥，使學生缺乏對實驗的理性思考。
5、實驗復(fù)習內(nèi)容繁多，再現(xiàn)成本高
實驗內(nèi)容繁多，使用傳統(tǒng)教學手段進行復(fù)習，需要將實驗重新展示，再現(xiàn)成本較高，有些實驗不便于重新展示，造成實驗復(fù)習效果不好。
實驗技術(shù)化，教學有效化
《教育部關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出“拓展創(chuàng)新，不斷將科技前沿知識和最新技術(shù)成果融入實驗教學，豐富內(nèi)容，改進方式。……對于因受時空限制而在現(xiàn)實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，以及有危險性、破壞性和對環(huán)境有危害的實驗，可用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段呈現(xiàn)。”
現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，使實驗教學的成本大大的降低了，一些難以實現(xiàn)、難以操作的實驗變得可以實現(xiàn)，現(xiàn)代信息技術(shù)的效果和作用變得尤為突出。其中增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著重要的作用。其不僅僅給學生提供了眾多的實驗操作，還給學生提供了一個猶如真實的實驗空間，讓學生像在做真實的實驗一樣。“聽十遍不如動手做一遍”，增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)構(gòu)建模擬的實踐環(huán)境在實現(xiàn)教學方面有著重要的作用，促進實驗教學有效化。
AR仿真實驗應(yīng)用，提高教學質(zhì)量
云幻科教AR仿真實驗按照國家課程標準實驗要求，將中學難懂的抽象的復(fù)雜的實驗運用3D建模及AR技術(shù)營造虛實合一的實驗場景，可以提升學生的觀察能力、探究能力、邏輯思維能力及團隊合作能力，培養(yǎng)學生實驗探索的興趣。
1、豐富安全的實踐探索空間
AR仿真實驗為師生提供一個虛擬的實踐空間，加深對實驗安全規(guī)范的認識，讓學生親自感受錯誤操作的危險性，提醒學生避免這些錯誤的發(fā)生，給學生留下深刻的印象，對實驗中的安全規(guī)范操作引起高度重視，降低化學實驗室事故發(fā)生的概率。
2、模擬真實實驗操作，直觀再現(xiàn)實驗現(xiàn)象
AR仿真實驗使復(fù)雜實驗、反應(yīng)周期過長實驗、危險系數(shù)高實驗?zāi)軌虮憬莸卣故境鰜恚瑵M足實際課堂教學的需要，豐富了課堂教學形式。同時通過大屏幕展示，可以讓教室內(nèi)的同學們都觀察到實驗現(xiàn)象，習得實驗知識。
3、趣味化實驗操作，提高學生學習興趣
托爾斯泰曾經(jīng)說過：“成功的教學，所需的不是強制，而是激發(fā)學生學習的興趣。”AR仿真實驗?zāi)M真實內(nèi)容，虛擬與真實的疊加，學生猶如操作真實的實驗，開放性的實驗內(nèi)容，讓學生樂于探索。
4、實驗自由性強，用戶可隨意操作
實驗器材無固定操作，當教師想要演示不操作某一步驟會導(dǎo)致什么現(xiàn)象的時候，可以省去部分實驗器材的操作，為學生直觀展現(xiàn)現(xiàn)象。實驗的器材及實驗操作的自由性強，予以學生探索的空間。
5、可反復(fù)操作實驗，避免資源浪費
虛擬仿真的實驗器材不會產(chǎn)生實驗素材的消耗，損壞時只需要點擊菜單里的“重做”即可獲取新的實驗素材，避免了實驗儀器和藥品的浪費，教師及學生可以進行多次實驗操作，隨時預(yù)習、復(fù)習、操作實驗。
AR仿真實驗搭橋傳統(tǒng)實驗實現(xiàn)教學最優(yōu)化
虛擬實驗是常規(guī)實驗的補充、完善和拓展，其能夠緩解很多學校的場地、經(jīng)費等問題，無論是教師還是學生都可以自由的操作，其與常規(guī)實驗操作也會有各種各樣的區(qū)別。教師可以結(jié)合教材內(nèi)容及兩種實驗各自的優(yōu)勢，將兩者靈活結(jié)合，相輔相成，實現(xiàn)實驗教學的最優(yōu)化，提高實驗教學質(zhì)量。
AR仿真實驗室的建設(shè)和應(yīng)用，可以讓學生掌握基本的實驗操作技能，虛擬實驗器材可以解決安全顧慮、滿足學生對未知的探索，使學生學會獨立思考，獲得科學探究的方法，同時可以推動實驗教學改革和創(chuàng)新，促進教師的教學方法現(xiàn)代化，提高課堂實驗教學有效性。
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