化学虚拟实验教学设计与实践研究教程解读.ppt

1.研究背景 1.随着我国高等教育事业的蓬勃发展，传统实验教育资源的局限日益凸显，实验教学的改革不断引起实验教学工作者的关注。 2.国外一些高校已经从传统的实验室过渡为真实实验室与虚拟实验室相结合的模式，充分利用丰富的网络资源和先进的计算机设备进行虚拟实验教学，此举收到了良好的效果。 3.虚拟实验教学也引起国内高校的广泛关注，虚拟实验作为虚拟现实在教育中的重要领域，已逐步成为科学实验和科学研究中最强有力的工具。 2.选题依据 1.行为主义理论：学习是形成刺激和反应的联合，学习过程是尝试与错误直至最后成功的一种渐进式过程。 2.建构主义理论：认为学习者知识的获得是在一定的情境下借助他人（教师或学习伙伴）的帮助，再通过必要的学习资料，而获得的。 3.认知——发现学习理论：认为发现学习过程中的直觉思维与学习者的行为把握、图像把握和符号把握的认识发展阶段是紧密联系在一起的。 虚拟现实技术就是通过让学习者在模拟真实环境的运动训练中接受刺激，不断的尝试和错误，最终使学习者达到由感性认知上升到理性认识的目的，不仅能保证学习者的安全，也打破了时间与空间的限制。 该理论中，“情景”、“会话”、“意义建构”和“协作”是四大属性。虚拟现实技术使学习者能够主动进行自主学习，并且自助选择学习内容和学习时间，它提供了建构主义理论中所要求的学习环境，符合该理论的思想。 根据该理论，虚拟现实技术运用于教育教学过程中，可以提供给学习者大量逼真的图像信号刺激，使一些语言难以描述的过程生动形象的展现在学习的面前，提供给他们大量的直觉思维感知。 3.核心概念界定 ?发展：基于虚拟现实技术的虚拟实验是在远程教育不断发展的情况下伴随着通信、网络、计算机、多媒体、虚拟现实等技术而发展起来的一门新兴实验技术。它以计算机应用技术为核心，借助仿真技术、虚拟现实技术、计算机图形图像处理技术等生成的逼真实验情景，在计算机上营造可供辅助或是部分或全部替代传统实验操作的各个环节。 ?实施方法：虚拟实验一般是通过虚拟实验室进行操作的。虚拟实验室是利用虚拟现实技术生成的一类虚拟实验系统，它包括相应的实验室环境、实验对象、实验信息资源、有关的实验仪器设备等，学生或教师可以随时进入虚拟实验室，通过鼠标点击与拖拽来操作实验仪器，进行各种实验。 ?分类：增强现实性虚拟实验系统、沉浸型虚拟实验系统、分布式虚拟实验系统、桌面虚拟实验系统。　　 增强现实型、分布式、沉浸型等虚拟实验系统在操作时需要有数据手套、头盔等高昂的设备，在中学的教育教学中较难得到应用，但是桌面虚拟实验系统造价低廉，适用于教育领域中。本文以桌面虚拟实验系统为研究对象。 4.研究内容 　　 本文结合虚拟实验的特点和功能，针对高中化学的实验课程教学目标，以桌面虚拟实验系统为对象，设计了不同类型的虚拟实验教学案例，然后通过实践对其进行了分析研究。 5.研究方法 　　一、文献研究法：通过搜集整理期刊、论文等各种文献，了解了国内外在该方面的研究情况，为本课题提供了一些有意义的借鉴。 　　二、对比实验教学法：在教学实践中设置了实验班和对照班，分别进行不同的教学模式。其中自变量为在教学中使用的教学工具，因变量为学生们的课堂学习态度、实验操作技能、对所学内容的掌握情况等。另外，通过对实验班和对照班进行课后知识测验，得出虚拟实验在学生学习效果上的作用。 　　三、抽样调查法：通过抽样调查的方式了解学生们的学习情况以及进行虚拟实验在高中实验教学中的可行性研究。 　　四、问卷调查法：通过对不同地区不同学校的教师级学生进行抽样调查，了解其教学硬件情况、教师教学水平、学生实验情况及现代信息技术的使用情况。 　　五、访谈法：在进行预习课的教学设计时，通过对担任学生实验课老师的访谈，来了解虚拟实验在学生的实验预习课上的功能及作用。 6.中学虚拟化学实验可行性调查分析 2013年9月至2014年1月，我们对开封、南阳、驻马店等5个不同的地区的学校、化学教师、学生等进行了抽样调查，共发放调查问卷（一）“现代教育技术教学现状调查问卷”60份，当场回收26份，有效问卷48份和调查问卷（二）“现代教育技术学习情况调查问卷”380份，当场回收66份，有效问卷271份。 通过调查，了解了不同学校硬件水平、教师技能水平、学生对现代技术的运用情况、目前中学化学实验教学效果等。 1.学校硬件水平调查结论 由下图可知，大部分学校教室均配置有多媒体教室。在“教室拥有多媒体设备”方面，城市中学为98%，县城中学为86%，农村中学较低，为21%；在“校园网建设”方面，三类学校占比均较低，其中城市中学为72%，县城中学为52%，农村中学基本上没有建设校园网；从“教研办公室的联网情况”方面来看，