数字化助力下的初中科学虚拟实验教学探析

韦卫林

随着科学技术的迅猛发展，特别是计算机仿真技术和互联网技术的广泛应用，数字化教育正在深刻改变着传统教育的形态与模式。在初中科学教育领域，实验教学是培养学生科学探究能力、验证科学理论、提升科学素养的重要手段。然而，传统实验教学受制于资源、时间和安全性等多重因素的制约，有时难以充分满足广大初中生的实验需求和个性化学习体验。基于此，教师要能改变教学观念，充分利用数字化技术助力初中科学课堂教学。

初中科学教育阶段是学生科学素养启蒙和养成的关键时期，然而受制于实物实验条件限制、安全性顾虑等问题，传统实验教学方式难以满足所有教学需求。因此，数字化助力下的初中科学虚拟实验教学研究显得尤为迫切和重要。本文旨在深入剖析数字化虚拟实验教学在初中科学教育中的实践应用及其价值体现，为科学教育的现代化改革提供理论依据和实践指导。

  一、选择与整合优质资源

在数字化助力下的初中科学虚拟实验教学中，首要策略是精心挑选并整合适应初中科学课程标准的高品质虚拟实验资源。教师应当对照初中科学教材的内容，寻找与之配套或者能够有效补充教材知识点的虚拟实验项目，确保虚拟实验与理论教学紧密衔接，有助于巩固和深化学生对科学概念的理解。同时教师要对比各类虚拟实验室平台的功能性、交互性、安全性等因素，例如选用符合国家教育信息化标准且具有良好用户口碑的平台，如“中学科学虚拟实验室”“科乐思虚拟实验室”等，这些平台可能包含模拟物理、化学、生物等多学科实验模块。初中科学课程中涉及的典型实验，如光学实验中的光路图制作、力学实验中的力臂测量、电学实验中的电路连接与故障排查、生态学实验中的生态系统模拟等，都可以借助虚拟实验进行重现和深入探究。例如在初中科学的光学单元中，教师可以选择一款能够模拟光的反射、折射、成像规律的虚拟实验工具，让学生在安全、便捷的环境中改变光源位置、角度或介质属性，直观地观察并理解光的传播规律，而无需受限于实物实验器材和实际环境的影响。同时，还可以通过数字化手段收集数据，辅助学生绘制光路图、计算相关物理量，从而加深对光学理论的认识和应用能力。

  二、结合翻转课堂模式的应用

在数字化助力下的初中科学虚拟实验教学中，翻转课堂是一种有效的教学策略，它能够充分利用虚拟实验的优势，重新分配课堂内外的学习时间，增强学生自主学习和合作探究的能力。教师可以预先录制或选取优质的虚拟实验视频教程，上传至在线学习平台，供学生在课前预习。比如在学习“浮力”章节时，学生可以在家通过虚拟实验室软件自行操作船只模型，改变船的形状、载重以及浸入水中的体积，实时观察浮力的变化，从而理解阿基米德原理。学生在完成虚拟实验后，还需要记录实验步骤、观察结果以及初步分析，为课堂讨论做好准备。课堂上，教师不再重复演示实验过程，而是直接进入讨论和答疑环节，针对学生在虚拟实验预习中遇到的问题进行集中讲解。例如教师可以根据学生提交的实验报告，挑选典型问题进行剖析，引导学生对比实体实验与虚拟实验的异同，深入探讨浮力产生的原因及其在现实生活中的应用。此外，还可以组织小组合作活动，让学生分组交流各自的实验心得，共同解决复杂问题，培养团队协作解决问题的能力。

  三、混合式实验教学的应用

在数字化助力下的初中科学教学中，混合式实验教学策略结合了虚拟实验与实体实验的优点，实现了二者优势互补，以达到最佳的教学效果。在学习“物质的溶解与结晶”这一知识时，教师可以先利用虚拟实验室软件让学生在课前进行模拟实验，观察不同物质在水中溶解的过程，调控温度、溶剂质量等因素，直观地理解溶解度曲线的形成。而在课堂上，则组织学生进行实体实验，亲手操作实验器材，亲自称量溶质、溶剂，真实感受溶解过程，通过实体操作来验证和深化虚拟实验中的理论知识。对于一些受到条件限制或具有一定危险性的实验，如“电解水实验”或“燃素说的历史实验”，虚拟实验可以很好地模拟实验过程和现象，让学生安全地观察到氢气和氧气的产生，理解化学反应的实质，而无需担心实验安全隐患。尽管虚拟实验在很大程度上弥补了实体实验的不足，但实体实验的动手操作过程仍然是培养学生实验技能和动手能力的重要环节。在学习“杠杆原理”时，学生在虚拟环境中理解并操作不同类型的杠杆后，仍需通过实体杠杆模型进行反复练习，以增强对力臂、力矩等概念的感知和理解。

综上所述，数字化技术为初中科学实验教学开辟了全新的可能性，虚拟实验教学以其独特的灵活性、互动性和安全性，极大地丰富了实验教学的手段和形式，有助于激发学生学习兴趣，提高其科学探究能力与创新能力。

（作者单位：浙江省东阳市六石街道初级中学）