被嫌‘花架子’的虚拟实验室,正在悄悄补上基础教育的实验缺口

上周听个教初中物理的朋友吐槽,说带学生做凸透镜成像实验,整班45个人,凑不出6套能正常用的光具座——要么透镜掉了,要么刻度盘磨得看不清,一节课下来一半人在等器材,真正摸过实验台的人不到三分之一。

我当时接了句,你怎么不用现在学校配的那套虚拟实验室啊?

她翻个白眼说,那东西我试过,点鼠标拖来拖去,假得很,学生坐下面看大屏幕,跟看动画片似的,能学个啥?

不是虚拟实验室没用,是很多人从一开始就用错了

这话我听了不下十次。从最早的flash演示动画,到现在能交互、能调参数的3D仿真平台,虚拟实验室已经迭代了快二十年,但大部分学校的用法,还停留在“把真实验砍掉,用大屏放个动画凑课时”的阶段——这种用法,别说学生觉得假,老师自己都觉得没意思。

很多人对虚拟实验室的定位从一开始就错了:它从来不是要替代真实实验台,而是要给真实实验“搭梯子”。

初中生物课上学生用平板操作虚拟解剖实验的课堂场景
初中生物课上学生用平板操作虚拟解剖实验的课堂场景

就拿初中生物要求的鲫鱼解剖实验来说,不少学校因为担心实验室生物污染、学生操作不当划伤手,直接把这个实验从教学计划里划掉了。换成虚拟实验室的话,学生可以反复调整解剖刀的下刀角度,不会因为手笨把样本剪坏,也不用提前准备一堆鲜活的实验材料,看完操作演示之后,再进真实实验室做简化版的观察实验,反而比之前赶进度、怕出错的状态学的更扎实。

问:那直接用虚拟实验代替真的动手操作,会不会让学生连拿真实实验器材的手感都练不出来?

答:根本没人让你全替啊。我们之前跟几个新课标试点校的教研老师聊过,现在的通用流程是——先让学生在虚拟实验室里把实验步骤完整走3遍,把容易错的操作点(比如显微镜对光要调反光镜的角度、滴定实验不能把胶头滴管伸到试管里)全记牢,再进真实实验室动手做。上次有个学校统计,用这套流程之后,真实实验课的耗时直接砍了40%,之前因为操作不当打碎试管、试剂洒一桌的情况,少了快80%。

那些被真实验卡了好几年的“难题”,虚拟实验室刚好用上了

说实话,真实验的边界,比我们想象的窄多了。

有些实验风险太高。比如高中化学的浓硫酸脱水性实验,之前有个学校的学生操作时不小心把浓硫酸溅到袖口,虽然后续处理及时没受伤,但整个年级好几个班的化学实验课直接停了半个月。还有些实验周期太长,比如观察植物细胞有丝分裂,要提前3天泡洋葱根尖,固定、解离、漂洗、染色,一套流程下来快一周,学生等半天才能看到视野里的细胞,注意力早飞了。

高中化学虚拟实验室里浓硫酸与蔗糖反应的动态实验界面
高中化学虚拟实验室里浓硫酸与蔗糖反应的动态实验界面

我第一次看到这个界面的时候都愣了——之前上高中的时候,化学老师在讲台前面做这个实验,我们坐在第三排都能闻到呛人的二氧化硫味,现在点一下按钮,就能看到蔗糖从白变黄、再变黑、最后膨胀成黑面包的全过程,连反应的温度变化曲线都实时打在旁边,比当年挤在讲台前面伸脖子看清楚多了。

问:现在的虚拟实验室会不会操作太复杂,老教师根本学不会用?

答:我之前也有这个担心,直到上个月去杭州的一所公办初中听课,看到教了28年书的物理张老师,上课的时候掏出自己的手机,连到教室的大屏上,点进虚拟实验室的电路实验模块,随手拖了个滑动变阻器上去,边调边给学生讲短路的原理。他说这东西比之前的示波器好摆弄多了,没有接线头松了半天找不出问题的麻烦,点一下就能把实验参数调对,现在他上课连之前攒了一柜子的演示电路板都很少拿出来了。

别把虚拟实验室当“万能药”,它的边界其实很清楚

别把虚拟实验室当“万能药”,它的边界其实很清楚
别把虚拟实验室当“万能药”,它的边界其实很清楚

当然,我也见过吹得太离谱的宣传,说有了虚拟实验室,以后学校连实验室都不用建了。这纯纯是瞎扯。

💡 真实实验里的手感,是鼠标永远模拟不出来的——比如捏胶头滴管的力度、调整显微镜焦距时手腕的轻重、闻化学试剂时扇闻的动作,这些肌肉记忆,必须靠亲手操作才能练出来。但虚拟实验室能补上的缺口,是之前很多学校根本跨不过去的坎:比如偏远农村学校,之前连基本的实验器材都配不齐,老师上课全靠讲实验、画实验,学生考试的时候背实验步骤,根本不知道真实的实验是什么样的。现在有了配赠的虚拟实验室资源,只要有个能联网的平板,学生就能把初中三年所有要求的实验都过一遍,至少不会出现“中考考到凸透镜成像的实验题,全班有一半学生连光屏是啥都不知道”的离谱情况。

现在2022版的新课标里,专门提到要统筹线上线下实验教学资源,提高实验开出率。说白了,就是之前很多学校因为器材、安全、经费的问题,把该开的实验砍了一大半,现在有了虚拟实验室的补位,至少能把之前欠的账慢慢还上。

上周跟那个吐槽过虚拟实验室的物理老师再聊天,她说现在已经把虚拟实验室嵌到课前预习环节了,每次上实验课之前,让学生回家花10分钟在平台上把实验步骤走一遍,上课的时候再也不用站在讲台上喊“不要乱碰器材”“排队等一下”,整节课的节奏顺了太多。

哪有什么花架子。

只是很多人一开始,就把工具的用法搞错了而已。

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