前言
近期，教育部發(fā)布關(guān)于加強和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗教學(xué)的意見(jiàn)，提出2023年前要將實(shí)驗操作納入初中學(xué)業(yè)水平考試，考試成績(jì)納入高中階段學(xué)校招生錄取依據。實(shí)驗教學(xué)是國家課程方案和課程標準規定的重要教學(xué)內容，是培養創(chuàng )新人才的重要途徑。
在各類(lèi)學(xué)校的教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)驗教學(xué)與課堂教學(xué)一樣，是培養人才的重要環(huán)節。如何改進(jìn)實(shí)驗教學(xué)，提高實(shí)驗教學(xué)的有效性，充分發(fā)揮實(shí)驗培養學(xué)生的自主學(xué)習能力、實(shí)驗精神等優(yōu)勢，是我們必須思考的重要問(wèn)題。
實(shí)驗操作過(guò)程是一個(gè)培養學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)眼、動(dòng)腦的過(guò)程，可以通過(guò)實(shí)驗探索發(fā)掘學(xué)生的巨大潛能。同時(shí)，實(shí)驗是理論知識的驗證，實(shí)驗操作不僅增強學(xué)生對理論知識的可信度，更重要的是培養學(xué)生實(shí)事求是、尊重事實(shí)的科學(xué)探究能力。
傳統實(shí)驗教學(xué)的弊端
我國傳統實(shí)驗教學(xué)中，普遍存在著(zhù)重理論、輕實(shí)驗，雖然近年來(lái)知識的積累與能力的差距逐漸拉小，但還是存在著(zhù)些許的問(wèn)題。
1、演示實(shí)驗占比過(guò)大，教師占主導地位
由于實(shí)驗條件等因素的限制，在傳統實(shí)驗教學(xué)中，教師演示實(shí)驗及小組實(shí)驗居多，沒(méi)有對學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗技能等進(jìn)行有效的培養。
2、實(shí)驗效果不易觀(guān)察，演示效果不好
部分實(shí)驗的直觀(guān)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)驗現象轉瞬即逝，坐在前排的同學(xué)也難以觀(guān)察。
3、實(shí)驗趣味性低，教學(xué)組織難
有些實(shí)驗做起來(lái)照本宣科，缺少趣味性，學(xué)生缺乏對實(shí)驗探究的熱情和實(shí)驗的原理分析。同時(shí)又有些同學(xué)在教師演示實(shí)驗時(shí)異?；钴S，課堂如鬧市一般，影響教學(xué)效率及質(zhì)量。
4、驗證性實(shí)驗居多，設計性、綜合性實(shí)驗較少
傳統課堂實(shí)驗教學(xué)中，多為驗證實(shí)驗，教師按照教材中的實(shí)驗步驟或提示進(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)驗的理性思考。
5、實(shí)驗復習內容繁多，再現成本高
實(shí)驗內容繁多，使用傳統教學(xué)手段進(jìn)行復習，需要將實(shí)驗重新展示，再現成本較高，有些實(shí)驗不便于重新展示，造成實(shí)驗復習效果不好。
實(shí)驗技術(shù)化，教學(xué)有效化
《教育部關(guān)于加強和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗教學(xué)的意見(jiàn)》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)驗教學(xué)，豐富內容，改進(jìn)方式?！瓕τ谝蚴軙r(shí)空限制而在現實(shí)世界中無(wú)法觀(guān)察和控制的事物和現象、變化太快或太慢的過(guò)程，以及有危險性、破壞性和對環(huán)境有危害的實(shí)驗，可用增強現實(shí)、虛擬現實(shí)等技術(shù)手段呈現?！?/span>
現代信息技術(shù)的應用，使實(shí)驗教學(xué)的成本大大的降低了，一些難以實(shí)現、難以操作的實(shí)驗變得可以實(shí)現，現代信息技術(shù)的效果和作用變得尤為突出。其中增強現實(shí)、虛擬現實(shí)技術(shù)有著(zhù)重要的作用。其不僅僅給學(xué)生提供了眾多的實(shí)驗操作，還給學(xué)生提供了一個(gè)猶如真實(shí)的實(shí)驗空間，讓學(xué)生像在做真實(shí)的實(shí)驗一樣?！奥?tīng)十遍不如動(dòng)手做一遍”，增強現實(shí)、虛擬現實(shí)等技術(shù)構建模擬的實(shí)踐環(huán)境在實(shí)現教學(xué)方面有著(zhù)重要的作用，促進(jìn)實(shí)驗教學(xué)有效化。
AR仿真實(shí)驗應用，提高教學(xué)質(zhì)量
云幻科教AR仿真實(shí)驗按照國家課程標準實(shí)驗要求，將中學(xué)難懂的抽象的復雜的實(shí)驗運用3D建模及AR技術(shù)營(yíng)造虛實(shí)合一的實(shí)驗場(chǎng)景，可以提升學(xué)生的觀(guān)察能力、探究能力、邏輯思維能力及團隊合作能力，培養學(xué)生實(shí)驗探索的興趣。
1、豐富安全的實(shí)踐探索空間
AR仿真實(shí)驗為師生提供一個(gè)虛擬的實(shí)踐空間，加深對實(shí)驗安全規范的認識，讓學(xué)生親自感受錯誤操作的危險性，提醒學(xué)生避免這些錯誤的發(fā)生，給學(xué)生留下深刻的印象，對實(shí)驗中的安全規范操作引起高度重視，降低化學(xué)實(shí)驗室事故發(fā)生的概率。
2、模擬真實(shí)實(shí)驗操作，直觀(guān)再現實(shí)驗現象
AR仿真實(shí)驗使復雜實(shí)驗、反應周期過(guò)長(cháng)實(shí)驗、危險系數高實(shí)驗能夠便捷地展示出來(lái)，滿(mǎn)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(guò)大屏幕展示，可以讓教室內的同學(xué)們都觀(guān)察到實(shí)驗現象，習得實(shí)驗知識。
3、趣味化實(shí)驗操作，提高學(xué)生學(xué)習興趣
托爾斯泰曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“成功的教學(xué)，所需的不是強制，而是激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣?！盇R仿真實(shí)驗模擬真實(shí)內容，虛擬與真實(shí)的疊加，學(xué)生猶如操作真實(shí)的實(shí)驗，開(kāi)放性的實(shí)驗內容，讓學(xué)生樂(lè )于探索。
4、實(shí)驗自由性強，用戶(hù)可隨意操作
實(shí)驗器材無(wú)固定操作，當教師想要演示不操作某一步驟會(huì )導致什么現象的時(shí)候，可以省去部分實(shí)驗器材的操作，為學(xué)生直觀(guān)展現現象。實(shí)驗的器材及實(shí)驗操作的自由性強，予以學(xué)生探索的空間。
5、可反復操作實(shí)驗，避免資源浪費
虛擬仿真的實(shí)驗器材不會(huì )產(chǎn)生實(shí)驗素材的消耗，損壞時(shí)只需要點(diǎn)擊菜單里的“重做”即可獲取新的實(shí)驗素材，避免了實(shí)驗儀器和藥品的浪費，教師及學(xué)生可以進(jìn)行多次實(shí)驗操作，隨時(shí)預習、復習、操作實(shí)驗。
AR仿真實(shí)驗搭橋傳統實(shí)驗實(shí)現教學(xué)最優(yōu)化
虛擬實(shí)驗是常規實(shí)驗的補充、完善和拓展，其能夠緩解很多學(xué)校的場(chǎng)地、經(jīng)費等問(wèn)題，無(wú)論是教師還是學(xué)生都可以自由的操作，其與常規實(shí)驗操作也會(huì )有各種各樣的區別。教師可以結合教材內容及兩種實(shí)驗各自的優(yōu)勢，將兩者靈活結合，相輔相成，實(shí)現實(shí)驗教學(xué)的最優(yōu)化，提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。
AR仿真實(shí)驗室的建設和應用，可以讓學(xué)生掌握基本的實(shí)驗操作技能，虛擬實(shí)驗器材可以解決安全顧慮、滿(mǎn)足學(xué)生對未知的探索，使學(xué)生學(xué)會(huì )獨立思考，獲得科學(xué)探究的方法，同時(shí)可以推動(dòng)實(shí)驗教學(xué)改革和創(chuàng )新，促進(jìn)教師的教學(xué)方法現代化，提高課堂實(shí)驗教學(xué)有效性。