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实验实验教学论文范文

摘要：实验是指在科学研究中为检验某一理论或假设而进行的操作和活动,是科学研究的一个缩影,也是教学中不可缺少的一部分,是培养学生动手能力、实践能力、创新能力的主要途径.新兴的虚拟实验教学是以传统实验教学为理论基础的,是对传统实验教学的完善、补充和扩展.本文介绍了实验教学的功能,并通过对传统实验教学和虚拟实验教学的优缺点和教学模式的比较,给出相应的解决措施,为如何节省有限教学资源提供有益的参考.

关键词：实验教学；虚拟实验；教学模

1.引言

传统实验教学又称它为真实实验教学,它是科学研究中不可缺少的实验手段,传统实验教学的真实性和艺术性,是虚拟实验无法比拟的,而虚拟实验的灵活性、安全性等,又是真实实验教学所缺乏的.真实实验教学与虚拟实验教学互有优势,互为促进,相辅相成,缺一不可.

2.实验教学系统

2.1 基本功能

（1）符合认识规律,有利于学习

实验教学的过程符合人们认识的一般规律,是从感性认识到理性认识,再从理性认识到实践的认识过程,学生通过实验可以把理论知识进行验证、巩固,在理解的基础上掌握和运用知识.实验可以培养学生学习的独立性和自主性,有利于知识的学习.

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（2）有利于培养学生的实践能力和创新精神

实验教学的过程主要是通过手脑并用来完成的,这有利于培养学生的实践能力,学生在理论学习的基础上,通过思考,有意识地完成实验过程.这样不但在实验中学会了获取知识的本领,而且还增强了动手能力,完成了实践能力的培养.心理学研究表明,如果一个人具备有助于创造的个性特征,并且这些特征与创造动机、创造力交互作用,参与创造中认知、情感和行为活动的整合过程,那么这个人就表现出一种论文范文的创造力.实验教学可以激发学生的兴趣爱好,产生学习动机,学生通过实验进行思维扩展,形成对创新能力的自主培养.

（3）有利于学生认知结构向高水平转化

个人的认知结构是在学习过程中通过同化作用,在心理上不断扩大并改进所积累的知识而成的,学习者的认知结构一旦建立,又成为学习新知识极重要的能量或因素.实验教学的实质就是学生学习———认识———怀疑———验证———提高———再学习的循环过程,它将促使学生的认知结构不断向高水平进行转化,不断地增长认知能力,对于有效地学习和解决问题具有重要的作用.

（4）有利于培养学生的非智力因素

非智力因素是指直接影响和制约智力发展的意向性心理因素,其主要内容包括需要、动机、兴趣、情感、意志、性格等因素,从而构成了个性的意识倾向性.非智力因素在人的实践活动中具有动力、维持调节、补偿和定型的功能.非智力因素对学习的作用包括以下几个方面：能使学习者产生强烈的学习愿望,起始动作用；能引导学习活动沿着正确方向达到既定的目标；能最大限度调动人的心理和生理潜能,强化人的智力和行为；能调节、控制学习过程,克服前进中的阻力,使学习达到预定目标[1].

2.2 特点

（1）弥补教学条件的不足.虚拟实验不受时空的限制,学生可以在任何时间、任何地点进行实验,他们所需要的只是一台可以上网的计算机,学生可以随时随地进行虚拟实验[2],获得与真实实验一样的体会,从而丰富感性认识,加深对教学内容的理解.

（2）将极大地降低实验成本.虚拟实验室可以节省许多基础设施的低水平重复建设、仪器设备重复引进以及消耗材料的资金投入,有利于从整体上改善办学条件和提高教学水平,实现资源共享.

（3）避免真实实验或操作所带来的各种危险.以往对于危险的或对人体健康有危害的实验,获得感性认识,一般采用电视录像的方式来取代实验,学生无法直接参与实验,利用虚拟现实技术进行虚拟实验,则可以免除这种顾虑.虚拟实验环境中,可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验.例如,学生在虚拟的化学实验中,可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术中,可避免由于学生操作失误,而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶系统,可以免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重后果等.

（4）突显仪器设备的性能优势.组建虚拟实验室必须考虑到选用当今世界上性能优秀、仪器齐全的一流设备,这些设备并不是所有院校都能拥有的,而虚拟实验室却能够提供给用户使用一流的设备.甚至像电子显微镜、天文望远镜、逻辑分析仪、大型核装置等这些昂贵的、难以接触到的仪器设备,学生都能够通过访问虚拟实验室来进行学习和使用.

（5）促进教学观念发生变化.引入虚拟现实技术到教学,从组织形式看,虚拟现实是非线性的网络结构,逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能,在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构,变学生的“被动听讲”为“主动学习”,由“要我学”转变为“我要学”.教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来,这种环境将极大地促进教学观念发生变化.

（6）教学方式灵活、方便.基于Internet 的虚拟实验室远程教育模式不同于传统的面对面的统一、死板的教学模式,它能够灵活地提供给学生不同的实验教学内容,学生可以根据实际情况确定学习内容和安排学习进度,从而可以最大限度地满足学生的不同认知水平的需要,既可以普及知识,又能够提高、更新知识.

2.3 教学模式比较

在传统的实验教学环境下,实验教学主要分为两条线进行,如图1 所示,一条是以教师为主线,教师通过布置实验任务,然后对实验进行讲解,做相关的实验演示,在学生实验过程中进行指导,然后批改实验报告；另一条是由学生来完成的,主要是了解实验任务,听教师讲解实验,观察实验,然后自己按照教师的要求进行验证性的实验,取得数据,完成实验报告.这种实验教学的模式,学生只是按部就班地进行验证,学习行为是由教师决定的,不是自主地学习,这样的实验教学不能充分地培养学生的动手能力和创新能力,不利于知识的自主建构[3].

在虚拟实验教学环境下,克服了传统实验教学的缺点,如图2 所示,学生学习行为由学习者自己决定.学生先选定实验项目,进入到虚拟实验室中,进行实验的预习,如果通过虚拟实验测试,才可以进入到真实实验室进行实验,然后完成实验报告,准备考核.如果未通过虚拟实验测试,就返回虚拟实验室进行学习,直到通过测试再进行真实实验.实验考核以后也可以进行实验项目的循环再学习,达到自身满意的效果.在这种实验教学模式中,学生是学习的主体,完全是一个自学习的过程,教师起到的是主导作用,只要进行必要的组织、管理和辅导就可以了.

2.4 解决措施

对于传统实验中存在的问题应建立新的实验教学体系,改革实验教学的方法和手段.而在虚拟实验中一方面应该加强虚拟实验与真实实验的结合,另一方面应该加强教师的指导作用.

虚拟实验教学不能完全代替真实实验教学,真实实验教学也不能完全代替虚拟实验教学,虚拟实验教学是以真实实验教学为基础的,是真实实验教学的一种新型的教学方法,要科学地、合理地利用虚拟实验和真实实验,在有条件的情况下,在同一个实验中进行“虚”“实”交替,掌握好虚拟实验和真实实验的比例,才能使学生更好地理解实验过程,提高学习能力.