培养化学实验技能的虚拟实验设计
总结与评价三个方面入手。而虚拟实验的实现还要有虚拟现实技术的支持。这是在设计以培养中学生实验技能为目的的虚拟实验时应该考虑的四个方面。
培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术实现的，因此，借鉴教学设计模型并根据技能形成的教学理论，笔者提出了培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型（如图４所示）。
图４ 培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型
１．前期分析
以实验技能的培养为导向的虚拟实验是基于一般的实验教学活动过程，设计时也应遵循虚拟实验设计的科学性原则，首先，需要了解要设计的化学实验的实验目标、实验内容、实验步骤等。根据实验目标才能确定该虚拟实验所要传授的是什么样的化学知识、意在培养学生的哪种实验技能（如使用某种仪器的技能、药品取用的技能等等）。根据教学设计理论应先了解学生已有的化学知识结构以及学生已掌握的实验中包含的技能，尽可能避免在开发过程中浪费物力、人力。
２．场景设计
根据化学实验技能的培养策略将场景分为自动演示、实验说明、分步操作三个部分。自动演示用于向学生演示整个化学实验的过程以及发生的实验现象；实验说明用于向学生说明该实验的步骤和化学反应方程式；这两个部分起到教师示范的作用，对应于学生学习化学实验操作技能的认知期心理特征。分步操作部分根据化学实验的具体步骤以及该实验的实验目标再确定虚拟实验中要实现的虚拟实验操作，并赋予合适的实验效果。
３．技术实现
技术实现即用虚拟现实技术开发虚拟实验，由于虚拟现实硬件设备过于昂贵，在化学实验教学中应用的虚拟现实形式大多是桌面虚拟现实。整个开发过程主要包括实物建模、添加交互、作品发布三个步骤。实物建模主要是对虚拟实验中所涉及到的实验物品、实验环境模拟，根据实验成本以及实验目标所占比重可选择适合的虚拟技术或建模软件，也就是虚拟实验设计的适宜化原则。添加交互是在虚拟场景中给物品与物品之间及用户操作达到某种效果添加交互以给学生一定的反馈，并保证反馈的科学性。作品发布包括单机发布以及发布到互联网上两种，发布到互联网上更能突破时间、空间的束缚，使更多的人能使用该虚拟实验。
４．修改与评价
根据前三个阶段所做的工作或请教化学教师检验开发出的虚拟实验是否设计合理、科学，并做出适当修改，根据学生的基本能力（化学概念的掌握、所授化学知识是否理解）掌握程度，在学生进行实际实验操作后检验其在虚拟实验中所学是否迁移到现实实验中，以评价该虚拟实验在培养中学生实验技能方面是否有效。
从图４中我们也可看出，这四个组成部分是缺一不可的，前期分析是进行培养实验技能的虚拟实验设计的基础，只有做了前期分析才能进行下面的工作，而场景设计又是技术实现的基础，正是基于这三个步骤才能对开发出的虚拟实验进行修改与评价，以保证其科学性和有效性。
五、总结
虚拟实验不仅能避免真实化学实验所带来的各种危险，还能打破时空限制实时实地地给学生提供实验条件，同时，还能调动学生学习的积极主动性，有效提高学生动手能力。本文结合操作技能培养教学理论，参考传统化学实验教学模式，提出虚拟实验教学模式，并提出以培养实验技能为导向的虚拟化学实验设计开发模型，在未来研究中有待进一步实践，并对实验效果与传统实验教学进行比较，以验证该设计理论的科学性并加以推广。
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[见习编辑：郑方林]