實(shí)驗教學(xué)始終是教育教學(xué)中的重要部分，隨著(zhù)教育理念的革新、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展等，借助虛擬現實(shí)技術(shù)、3D影像技術(shù)等解決教育中實(shí)驗教學(xué)的不足等問(wèn)題，通過(guò)虛擬實(shí)驗中的正確指導，運用虛擬的實(shí)驗素材進(jìn)行不斷的探索創(chuàng )新，盡可能的避免危險實(shí)驗可能會(huì )帶來(lái)的傷害，培養學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力與探索創(chuàng )新能力，從而提高知識學(xué)習與知識掌握程度。
在傳統課堂中重視理論教學(xué)，忽視高成本、高難度的實(shí)踐教學(xué)，理論與實(shí)踐的脫離，學(xué)生通過(guò)教師的講解與指導，為避免資源浪費分為小組操作實(shí)驗，不是每個(gè)人都可以操作的到。實(shí)驗中還必須要按照教師的實(shí)驗指導機械式的操作，學(xué)生缺乏獨立思考與設計實(shí)驗能力，且實(shí)驗課時(shí)在教學(xué)中的課時(shí)安排較少，學(xué)習有一定的局限性。
云幻科教虛擬學(xué)科實(shí)驗室運用虛擬仿真技術(shù)構建高度仿真的虛擬實(shí)驗環(huán)境和實(shí)驗操作對象，生動(dòng)形象的直觀(guān)展示實(shí)驗，逼真的虛擬實(shí)驗教學(xué)環(huán)境讓學(xué)生猶如身臨其境。學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗觀(guān)摩、模擬實(shí)驗、拓展訓練等操作，在實(shí)驗中對實(shí)驗過(guò)程、實(shí)驗現象等觀(guān)察的很清楚，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提升實(shí)驗知識學(xué)習。云幻科教虛擬學(xué)科實(shí)驗室包括虛擬化學(xué)實(shí)驗室、虛擬物理實(shí)驗室、虛擬生物實(shí)驗室。
一、虛擬實(shí)驗室教學(xué)的必要性
（一）強化學(xué)生在學(xué)科實(shí)驗的基本知識
學(xué)科實(shí)驗教學(xué)要求學(xué)生了解實(shí)驗步驟、實(shí)驗原理、實(shí)驗現象，通過(guò)這些知識保證實(shí)驗的順利完成，提高實(shí)驗的成功率，避免資源浪費。然而在實(shí)驗中定會(huì )有些學(xué)生在基礎知識預習不足的情況中實(shí)驗難進(jìn)行或失敗。虛擬學(xué)科實(shí)驗室打破時(shí)間與空間限制，學(xué)生可以在教學(xué)前反復的操作與練習，熟練掌握基本操作，鞏固實(shí)驗知識，同時(shí)避免相關(guān)實(shí)驗素材的浪費，全面提升實(shí)驗能力。
如在化學(xué)中，高錳酸鉀加熱制氧氣，教師需要為避免資源浪費與器材損耗，反復強調試管口需略向下傾斜、實(shí)驗結束先撤導管再滅酒精燈，學(xué)生對這樣導致的后果不能理解，老師又不能損壞一個(gè)實(shí)驗器材作為代價(jià)警示他們。虛擬實(shí)驗教學(xué)資源就解決了這些問(wèn)題，為學(xué)生提供多次體驗選擇，解決學(xué)生疑問(wèn)，鞏固知識學(xué)習。
（二）保證學(xué)生準確觀(guān)察到實(shí)驗效果
實(shí)驗中有些微觀(guān)實(shí)驗不容易觀(guān)察，虛擬實(shí)驗將微觀(guān)現象可視化，讓學(xué)生能夠清楚的看到實(shí)驗中的各種實(shí)驗現象。虛擬仿真技術(shù)高度還原實(shí)驗現象，即使是細微的變化也讓學(xué)生能夠一目了然，可多次的實(shí)驗操作讓每一位學(xué)生都能觀(guān)察到實(shí)驗現象，掌握實(shí)驗知識。
如生物實(shí)驗中的觀(guān)察葉綠體和細胞質(zhì)的流動(dòng)實(shí)驗，需要在顯微鏡下觀(guān)察，有選取的植物要求、光照要求等很多實(shí)驗條件，又要慢慢的觀(guān)察流動(dòng)速度、最適溫度等。虛擬實(shí)驗在直觀(guān)的展現細胞質(zhì)的流動(dòng)的同時(shí)，標識不同溫度與計算速度的，讓實(shí)驗變得可控易觀(guān)察。
（三）有助于學(xué)生完成難度較高或難以實(shí)現的實(shí)驗
有很多的實(shí)驗是學(xué)校為學(xué)生提供器材與創(chuàng )造的，課程難度大學(xué)生就更不容易理解了。虛擬實(shí)驗通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù)的可塑性，制作各種各樣的實(shí)驗教學(xué)模具與構造教學(xué)環(huán)境，模擬現象物理過(guò)程與結果，使靜態(tài)事物動(dòng)態(tài)化、抽象知識形象化、難以操作的實(shí)驗動(dòng)畫(huà)模擬化，幫助學(xué)生由形象思維轉向抽象思維。
如物理實(shí)驗中，聲音不能在真空中傳播這個(gè)課題，很難去再現一個(gè)真空的環(huán)境給學(xué)生了解，即使使用抽氣盤(pán)和抽氣機進(jìn)行演示，也很難做出來(lái)絕對真空環(huán)境，虛擬實(shí)驗器材除了營(yíng)造相應環(huán)境，還將聲音的傳播可視化標識，學(xué)生可以很方便地進(jìn)行演示實(shí)驗和學(xué)生分組實(shí)驗的練習，還可以自主地進(jìn)行實(shí)驗探究。
（四）增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗操作機會(huì )，提升參與實(shí)驗設計能力
傳統的實(shí)驗中，由于教學(xué)條件的限制，有很多的實(shí)驗是小組操作或者無(wú)法實(shí)現的，人人動(dòng)手操作的可能性較小，不能較好的對實(shí)驗進(jìn)行分析與觀(guān)察對學(xué)習知識有所阻礙的。虛擬實(shí)驗無(wú)需消耗任何實(shí)驗素材，使用簡(jiǎn)單的儀器設備完成整個(gè)實(shí)驗。學(xué)生可以利用虛擬實(shí)驗對實(shí)驗進(jìn)行個(gè)性化實(shí)驗設計，研究性的進(jìn)行知識的學(xué)習，培養學(xué)生的自主實(shí)驗設計能力與探索創(chuàng )新能力。
二、虛擬學(xué)科實(shí)驗室的特點(diǎn)
（一）交互式操作，培養實(shí)踐動(dòng)手能力
虛擬現實(shí)技術(shù)為學(xué)生構建身臨其境的虛擬教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生自身以各種形式參與實(shí)驗發(fā)生與變化的過(guò)程中去，在虛擬的實(shí)驗環(huán)境中扮演主導者角色，學(xué)習者的實(shí)驗設計、實(shí)驗操作都將導向著(zhù)實(shí)驗的發(fā)展方向。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作完成實(shí)驗，讓學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現問(wèn)題，解決問(wèn)題，鼓勵學(xué)生“手腦并用”，提高學(xué)生實(shí)際操作能力。在虛擬實(shí)驗中學(xué)習者的認知、動(dòng)作、反應及交互技能都能夠得到良好的訓練。
（二）節省資源損耗，規避實(shí)驗風(fēng)險
隨著(zhù)學(xué)校學(xué)校的學(xué)生越來(lái)越多，學(xué)校實(shí)驗室的應用壓力不斷增加，因為實(shí)驗經(jīng)費與實(shí)驗難易程度等問(wèn)題，導致實(shí)驗教學(xué)活動(dòng)難以開(kāi)展。有了虛擬學(xué)科實(shí)驗室，極大程度上解決了實(shí)驗經(jīng)費問(wèn)題。虛擬的實(shí)驗器材與實(shí)驗材料可節省實(shí)驗成本，即使多次操作也無(wú)需擔心實(shí)驗資源浪費和消耗問(wèn)題。同時(shí)也不必再擔心一些有毒、放射性、易燃易爆、細菌等危險實(shí)驗，保證了實(shí)驗室的安全與學(xué)生的健康安全，消除實(shí)驗中會(huì )出現的安全隱患，讓每個(gè)學(xué)生都能夠操作實(shí)驗。
（三）與教材相匹配，實(shí)驗素材豐富全面
云幻科教初中化學(xué)虛擬學(xué)科資源庫是根據國家課程標準實(shí)驗要求，依據人教版（蘇教版、滬教版等）九年級化學(xué)實(shí)驗課程設置，綜合應用3D影像、虛擬仿真技術(shù)構建高度仿真的虛擬實(shí)驗環(huán)境，供學(xué)生進(jìn)行模擬化學(xué)實(shí)驗。資源庫包含一氧化碳還原氧化鐵、濃硫酸的腐蝕性與稀釋、粉塵爆炸實(shí)驗、甲烷燃燒等化學(xué)實(shí)驗內容。
云幻科教虛擬實(shí)驗資源庫，將現代3D影像技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)和課程標準教學(xué)需求無(wú)縫銜接，包含初中、高中階段，覆蓋化學(xué)、物理、生物等學(xué)科，是學(xué)校實(shí)驗創(chuàng )新教學(xué)、深度應用教學(xué)設備的最佳實(shí)驗資源。運用虛擬實(shí)驗資源庫建設虛擬實(shí)驗室，將難以進(jìn)行的復雜實(shí)驗或具有危險性的實(shí)驗，在高度仿真的虛擬環(huán)境進(jìn)行教學(xué)、操作、應用，能有效提供教育設備利用率，節省實(shí)驗教學(xué)經(jīng)費，規避實(shí)驗風(fēng)險，提高學(xué)生自主操作的主動(dòng)性。
（四）打破時(shí)間與空間限制，虛擬實(shí)驗環(huán)境逼真
虛擬實(shí)驗室節約大量實(shí)際實(shí)驗所需要的時(shí)間，比如器材的準備、實(shí)驗中反應進(jìn)行時(shí)間等，提供便捷安全的平臺，耗時(shí)長(cháng)、難演示的實(shí)驗也能在課堂上展示，并且能無(wú)限次練習操作。云幻科教虛擬實(shí)驗通過(guò)3D影像、虛擬仿真技術(shù)構建的虛擬實(shí)驗環(huán)境，再現生活中無(wú)法觀(guān)察到的、無(wú)法用簡(jiǎn)單方法再現的事件，對微觀(guān)世界及客觀(guān)世界的模擬，真實(shí)感強，調動(dòng)學(xué)生多感官參與，給學(xué)生身臨其境的感受，為學(xué)生提供更多的時(shí)間與空間去探索去研究，更快的掌握實(shí)驗目標及內容、知識點(diǎn)等，從而達到體驗式教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習興趣。
中學(xué)是學(xué)生創(chuàng )新能力與探索能力培養的最佳時(shí)期，實(shí)驗教學(xué)對于培養高素質(zhì)綜合性人才有著(zhù)重要作用。實(shí)驗教學(xué)是學(xué)科教育的基礎，是科學(xué)知識學(xué)習的源頭，虛擬學(xué)科實(shí)驗室可以提高實(shí)驗效率，降低實(shí)驗成本，必將更廣泛地應用到教學(xué)中。