试论基于网络的虚拟化学实验合作学习的设计

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【摘 要】开展基于网络的虚拟化学实验合作学习，解决了传统化学实验教学中的许多问题,被认为是极有发展和应用前景的实验教学策略。本文介绍了基于网络的虚拟化学实验合作学习的定义、操作步骤,主要阐述了基于网络的虚拟化学实验合作学习环境设计。

【关键词】基于网络的虚拟化学实验；合作学习；学习环境设计

化学是一门实验科学,化学实验不仅是推动化学发展的根本源泉,还是化学教学的主要内容和方法。近年来由于学生人数的增加和化学实验设备、环境和资金等方面的限制，使一些化学实验不能让学生进行实际的操作，这已经成为制约化学实验教学质量的一个重要因素。不过，开展基于网络的虚拟化学实验合作学习就有效地解决了这个问题。本文将就基于网络环境下如何进行虚拟化学实验的教学进行大胆探究。

一、基于网络的虚拟化学实验合作学习的定义与特点

虚拟化学实验是指应用虚拟现实技术、人机交互技术,在计算机上提供三维立体近似真实的虚拟化学实验环境,化学实验者通过虚拟化学实验仪器和相关设备对某个化学实验进行观察和操作,确定化学实验的问题，提出化学实验的假设，设计化学实验的方案来完成各类化学实验。

合作学习是指学生以小组的形式参与、为达到共同的教学目标、在一定的激励机制下最大化个人和他人习得成果而合作互助的一切相关行为。

开展基于网络的虚拟化学实验合作学习，克服了传统化学实验中受化学实验设备、环境和资金等方面的限制，解决了一些化学实验不能让学生进行实际操作的问题，其不仅能突破时间和地点限制，有效避免各种实验风险更可以有效地扩充化学实验资源。在虚拟化学实验环境中,可以利用虚拟现实技术、人机交互技术模拟传统化学实验室中的各种仪器、设备进行化学实验，就如同在真实的化学实验室一样,从而扩充了化学实验资源,增加了学生化学实验的机会,提高了学生操作各类化学实验的能力。

二、基于网络的虚拟化学实验合作学习的操作步骤

按照小组合作学习的需要和一般化学实验的操作步骤，虚拟化学实验合作学习的操作步骤大致包括以下几个环节：

1.组建化学实验小组。在进行虚拟化学实验合作学习之前，教师首先要组建化学实验小组，每个小组的人数应该根据不同化学实验的要求来确定。

2.呈现虚拟实验情境。在网络环境下,教师可以利用虚拟现实技术、人机交互技术在计算机上提供一个逼真的、用尽可能接近真实的虚拟化学实验情境，然后通过网络发送给各个化学实验终端。

3.小组解决问题。在这个环节，小组成员要一起分析化学实验目的、要求、注意事项和具体的化学实验步骤，分工合作，充分利用教师提供的学习资源来完成化学实验。

4.小组化学实验汇报。每个小组可以利用不同的形式，比如说，通过写化学实验报告、画化学实验过程流程图和角色扮演等不同的形式来汇报小组化学实验的结论。

三、基于网络的虚拟化学实验合作学习环境设计

建构主义学习理论认为教学要以学习者为中心,学习者是学习的真正主人，学习的发生是学习者与周围的环境相互交互的结果,这充分说明了学习环境对学习的重要性。通过对虚拟化学实验合作学习的定义及对其操作步骤的分析，我们认为基于网络的虚拟化学实验合作学习环境设计应该关注的要素有：

1.化学实验问题情境的设计

创设化学实验问题情境、引导学生质疑思辩是激发学生好奇心、求知欲的重要形式。在化学实验教学中，为了获得良好的实验效果,使学生有身临其境的真实感,教师首先要利用虚拟现实技术、人机交互技术在计算机上创建三维立体虚拟化学实验场景,使学生能从不同的角度观察同一个化学实验对象。

2.教学目标的设计

在虚拟化学实验合作学习中，根据中学化学新课程标准对教学目标的要求，教学目标分为三类即知识类目标、技能类目标和态度类目标。

3.学习资源的设计

在化学实验过程中，学生为了解决化学实验问题，需要掌握一些新知识和额外的信息，为此教师应该通过各种途径包括网络，建立多样化问题解决所必须的知识资源库和相关的化学实验案例给学生，让学生在一个比较宽广的学习资源中，学习解决问题所需要的基础知识，并搜集相关案例，找到解决问题的策略。

4.认知工具的设计

认知工具是用来支持和扩充学习者思维过程的，通常指的是可视化的智能信息处理软件，如知识库、专家系统等。学习者可以从与认知工具的交互中获得认知结构的发展和改变，同时通过认知工具有利于找出化学实验问题解决的最佳方案。

5.小组合作交流的设计

在化学实验的过程中教师要设计一个宽松的、自由的网络交流空间，使小组成员之间、小组之间以及学生和教师之间都能将化学实验中遇到的问题通过网络进行交流。

6.辅导策略的设计

辅导策略介入了学生化学实验的整个过程，从化学实验小组的建立到实验任务的分配、从小组内部成员之间交流到小组之间的交流。

最后，基于网络的虚拟化学实验合作学习环境的设计就是通过强调问题情境的设计、通过强调各种学习资源来支持学生的学而不是教师的教、通过强调学习者之间交流互动的设计等方面来说明该学习环境的设计就是为实验者提供支持和帮助，使其真正成为实验问题的真正解决者，成为学习的真正主人。

【参考文献】

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[3]戴维.H.乔纳森主编，郑太年等译.学习环境的理论基础[M].上海：华东师范大学出版社，2002,84—108

（作者单位：江苏省徐州市贾汪区汴塘镇中心初级中学）