中学化学验证性虚拟实验的设计与应用分析

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1、初中化学验证性虚拟实验的设计与应用研究第一章绪论教育技术的发展使教育无论从理论层面还是技术层面都产生了根本性的提高，正如原教育部部长陈至立所说：“现代教育技术是教育改革和发展的制高点与突破口。要实现教育的现代化，要实现教育的跨越式发展，教育信息化是一个关键因素。占据了这个制高点，就可以打开通向教育改革发展的现代化[1]之门”。以信息化带动教育现代化，实现教育的飞跃提升是未来教育发展的必经之路。计算机技术、信息技术的迅速发展，带来了设备、技术的更新周期变短，更多更优良的设备、技术、思想都被引进到教育中

2、，促进了教学环境的大幅度提升。在这样的大背景下，虚拟实验系统应运而生。计算机技术特别是虚拟现实技术的广泛应用，使得人与人之间的信息传递速度大大提高，而教学过程本来就是信息的传递、理解、吸收过程。信息的特殊性和复杂性使得教育信息化走向虚拟化和智能化之路，虚拟现实技术也就成为教育信息化的“交通工具”，它对促进我国的教育现代化具有现实意义。所以将虚拟现实普及与教育领域是当今教育工作的趋势。一、研究背景2001年7月出版的《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》体现了国家基础教育课程改革的指导纲要精神。它指

3、出：“义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能；引导学生认识化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用，通过化学学习培养学生的合作精神和社会责[2]任感，提高未来公民适应现代社会生活的能力。”这个纲领给初中化学教学工作带来了指引。该标准要求教师在教学过程中注重培养学生积极主动的学习态度，强调知识与技能的学习要与正确价值观保持一致；要求学生在学

4、习过程中保持良好的心态，以积极、健康的学习态度投入到学习过程中，在获得知识技能的基础上，努力提高自己的学习兴趣，做到寓学于乐。[1]陈至立.应用现代教育技术推动教育改革[N].中国教育报.1998.[2]教育部.《义务教育化学课程内容标准》[S].2001.1初中化学验证性虚拟实验的设计与应用研究在传统的化学实验课程教学过程中，许多实验由于实验条件限制、危险系数高或者反应时间和空间限制而无法进行，即使能够进行实验，学生也是在教师的监督和指导下，实验以小组形式进行，一组内的学生数量往往很多，在有限的课

5、时内不可能每一个学生都能从头到尾完成实验；并且学生只有在规定时间范围内才允许到实验室开展实验。在实验前、后一般是不可能进实验室的，学生对实验的预习和复习往往是通过阅读文字资料来完成等。随着计算机技术、网络技术在教育中的深入应用，如何通过辅助手段来为学生创造更佳的学习环境尤其是实验环境，减少由于传统实验本身的劣势而造成的学习限制，从而增加实验对学习的促进作用成为教学工作者和研究者日渐关注的问题。初中化学中的内容都与日常生活息息相关，目前初三化学北京版教科书中所包含的实验共有87个（演示实验73个，学生

6、实验10个，选做实验4个）。课本实验87个学生实验选做实验演示实验10个4个73个验证性演示实验探究性演示实验验证性实验57个16个71个图1-1课程实验分类图现行北京版课本中的学生实验都属于验证性学生实验，而演示实验中的大部分都属于通过教师讲解来验证课本上所提出的结论。因此，验证性实验在初中化学实验中占有重要的比重，比例高达81.6%（图1-1）。验证性实验是建立在学生对实验内容和实验方式有了一定的了解（如教师在课堂上已经对实验做了演示或者学生通过书本了解到实验的内容），并在自己的大脑中产生了认识

7、。学生对实验的验证一方面能够更好的了解实验内容并把握知识点，另一方面能够在达到教学目标的基础之上，通过对实验内容的进一步思考能够产生新的认识，培养学生的实际动手能力和创新能力。伴随着传统辅助教学工具的广泛运用，它越来越受到教师和学生的欢迎，新的辅助教学工具——虚拟实验就是在这样的环境下应运而生。虚拟实验能提供给学生一种类似真实世界的环境，在此环境中能够从视觉、听觉、触觉三个方面感受到实验刺激，和现实世界具有相同的效果，这样能够激发学生学习兴趣、增强学生动手能力、提高学生学习效率、延伸学生学习思维，更

8、重要的是能够降低实验的成本，规避实验的危险。2初中化学验证性虚拟实验的设计与应用研究二、研究综述（一）国外研究现状虚拟现实技术为教育领域提供了一种理想的教学手段，美国作为虚拟现实技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际虚拟现实发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。虚拟现实在航空航天、医疗、建筑等行业的应用已经比较广泛和深入，但在教育中的应用还未完全普及。从技术领域来说，目前应用于中学化学学科教教学中的虚拟现实系统大部分