吕向南+赵一鸣

摘 要：随着计算机网络、多媒体技术的普及，虚拟实验慢慢发展起来了，它可以弥补传统实验的不足，给学生带来全新的体验。文章从教育技术学专业期刊中对虚拟实验的文章数量、作者情况、研究内容进行研究，对目前我国虚拟实验存在的问题和不足，提出相关的建议。

关键词：化学；虚拟实验；研究现状

根据《义务教育化学课程标准（2011）版》倡导在化学教学中创设以实验为主的科学探究活动，以此激发学生的学习兴趣，提供学生的科学探究能力。[1]而当前实际的情况，由于经济的原因、安全的原因、环保的原因，传统的实验不能完成这一要求。为了解决这一难题，化学虚拟实验逐渐发展起来了，少数已经运用到了学习生活中。[2]本文针对化学虚拟实验的发展在这一阶段做一个总结性的研究，从中找出问题，解决问题。

1.研究资料的来源与统计

我国教育技术核心期刊上的文章能在一定程度上反映出我国教育技术研究领域的现状与发展趋势。本文对国内现状分析的资料来源于中国教育技术的核心类期刊，选取了《电化教育研究》、《中国电化教育》、《远程教育杂志》、《中国信息技术教育》作为教育技术学代表期刊，使用万方数据库进行高级检索，时间跨度为2003年到2013年，以主题为“化学虚拟实验”进行检索，采用内容分析法对近十年虚拟实验在我国的研究现状及存在的问题进行探究。从文章数量、作者情况和所研究内容三个方面进行分析，了解目前虚拟实验在我国的研究现状。分别针对以上六本杂志进行分别搜索，在除去重复文章和非教学领域的文章，得到有效文章13篇，因此，本文最终应用的文章有13篇。2003年至2013年中每年发表数量如表1所示。

笔者针对这几篇文章的作者和所在单位进行统计，得出以下几点结论：（1）对化学虚拟实验进行研究的单位大多是高等院校，占总数的77%，对虚拟实验进行研究的人员大都是高校的理工科的研究生，一线教师参与其中进行研究的不多；（2）对化学虚拟实验进行研究的地区极度不平衡的，大多集中在吉林、陕西等地。

2.研究现状

通过对这些文章的研究内容分析，这13篇文章可以归纳为化学虚拟实验的设计开发、教学模式、理论介绍、开发工具介绍、应用研究、平台介绍这几个方面。如表3所示。其中教学模式占总数的31%，虚拟实验设计开发占总数的23%，理论介绍15%，开发工具介绍占15%，应用研究和平台介绍分别占总数的15%。文章没有专门的介绍开发工具的筛选情况，因为就文章作者的学科背景来看，大都是教育技术专业。使用的开发工具二维虚拟实验居多，例如使用Flash、Actionscript语言、Flash3D进行的开发，也有使用Virtools进行化学虚拟实验开发的，相对来说，使用三维虚擬实验开发工具进行开发的不多，由于沉浸性不强，给人带来的视觉冲击强度不大。从图中可以看出，理论研究居多，而实际在课堂中的运用，反馈，反思则不多。另外，设计这个虚拟实验平台的人员大都是信息技术专业的，化学学科专业知识欠缺，也没有相关专业人员的加入，是目前虚拟实验系统开发的一大缺陷。

3.目前研究中存在的问题与建议

虚拟实验由于其成本低、效率高、功能全、协作性、环保无污染的特点，可以让学生随时随地做实验，不受时空的限制。但是，在开发使用的过程当中也存在以下需要注意的问题。

3.1研究人员方面

总体来说，对虚拟实验进行开发的人员大都是高等院校的专门研究机构、研究生或企业开发，专业功能较强，学科背景偏向计算机，是虚拟实验研发的主力军，与课程完美结合的产品不多见，教学内容不够系统和全面。[3]而广大初中化学教师，尤其是教学经验丰富的一线化学教师却很少参与到虚拟实验的研发中来。化学虚拟实验的研发主要是弥补传统化学实验教学的不足。以高校教师和研究生为主的研发人员由于大多数无化学学科背景，切缺乏实验教学经验，在虚拟实验内容的安排上通常选择参照初中化学教材和相关文献。这样一方面会导致最终研发的虚拟实验内容安排生硬、过时、灵活性大打折扣；另外一方面也使得研发的虚拟实验多是对真实实验的重复，照本宣科，毫无新意。[4]

而一线教师由于本课程自身的任务，不能投入更多的精力去学习虚拟实验的开发，他们具有丰富的实验经验，高校的研究人员可以邀请一线教师加入其中，在虚拟实验的开发过程当中，向一线教师请教专业的学科知识方面的问题，做出来的系统可利用价值就比较高。

3.2开发工具的使用

化学虚拟实验开发工具使用的最多的是Flash，Flash是一种动画创作与应用程序开发于一身的创作软件，创建数字动画、交互式Web站点、桌面应用程序以及手机应用程序开发提供了功能全面的创作和编辑环境。Flash广泛用于创建吸引人的应用程序，它们包含丰富的视频、声音、图形和动画。Flash动画是一种演示的动画，可以使用ActionScript 3.0开发高级的交互式项目。使用Flash和Actionscript开发出来的化学虚拟实验是二维的虚拟实验，沉浸性不强。

法国拥有许多技术上尖端的小型引擎或平台公司，Virtools是其中的一款，Virtools可以制作具有沉浸感的虚环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉。是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。但是不能在其中进行模型的建造，需要使用3ds max进行建模。三维开发工具开发出的虚拟实验沉浸性有所增强。优秀的三维开发工具还有很多，目前运用到化学虚拟实验上的三维开发工具太单一，而且学习周期长，关于开发工具的选择，还需要继续寻找，达到学习周期短，沉浸性强的目的。

3.3教学设计方面

教学设计方面的文章占论文总数的15%，其中在《基于初中化学虚拟实验的“双案”教学设计》，张学军和梁相梅提出“双案”教学设计，既有原来教师的教案设计，又有“学案”设计。教案和学案合在一起简称“双案”，其中“学案”是指教师依据学生的认知水平、知识经验，为知道学生进行主动的知识建构而编制的学习方案。学案实质上是教师用以帮助学生掌握教材内容，沟通学与教的桥梁，也是培养学生自主学习和构建知识能力的一种重要媒介。具有“导读、导听、导思、导做”的作用。[5]

张学军和王阿习的《虚拟实验与真实实验整合的进一步探讨》，给出了虚拟实验与真实实验结合起来使用的理论指导，减少本末倒置的现象发生。[6]徐妲，钟绍春和马相春的《基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究》一文中，引入新的教学模式，在课程开始之前，学生对要学习的内容进行探究式学习，提供的可交互的虚拟实验环境，可以让学生随时随地进入到系统中进行虚拟实验。可以避免危险性的实验，观察微观的物质运动与相互作用等等。[7]

3.4实际运用方面

在化学虚拟实验教学设计、学习活动设计方面理论的文章占总数的31%，在化学虚拟实验投入到课堂使用的教学模式设计方面的文章比较多，实际运用方面的文章很少，只占总数的8%。实际投入到课堂中使用的虚拟实验大都是二维的虚拟实验，沉浸性不强，深入到微观层面的分子运动的实验系统也很少，关于使用后的反馈相关文献就更少了。在未来的研究中要加大实际运用的力度，及时得到反馈、改进。

4.结语

通过对化学虚拟实验在相关期刊上论文的数量来看，还有待进一步的发展。在原来发展的基础上，系统开发的研究人员要与一线有经验的教师一起，开发出灵活、可扩展、深入到分子运动微观层面的平台，运用相关的理论，在课程中投入使用，在使用的过程中，观察学生的学习情况，发现问题，及时反馈，修改维护，投入新一轮的使用。使学生在认知、情感、态度领域有进一步的提高，激发他们学习的兴趣，提高学习的效果。

参考文献：

[1][4]朱敏，刘鹏飞.虚拟实验在化学实验教学中的应用策略研究[J].软件导刊，2013.

[2]张冰.化学实验虚拟软件在农村初中应用中的体会[J].教育技术，2013.

[3]王基生，于平太，李莹，孙苗苗.虚拟实验平台开发和应用的理性思考[J].现代教育技术，2010.

[5]张学军，梁相梅.基于初中化学虚拟实验的“双案”教学设计[J].现代教育技术，2013.

[6]张学军，王阿习.虚拟实验与真实实验整合的进一步探讨[J].现代教育技术，2011.

[7] 徐妲，钟绍春，马相春. 基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究[J].远程教育杂志，2013.endprint