實驗教學始終是教育教學中的重要部分，隨著教育理念的革新、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展等，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)、3D影像技術(shù)等解決教育中實驗教學的不足等問題，通過虛擬實驗中的正確指導，運用虛擬的實驗素材進行不斷的探索創(chuàng)新，盡可能的避免危險實驗可能會帶來的傷害，培養(yǎng)學生的動手實踐能力與探索創(chuàng)新能力，從而提高知識學習與知識掌握程度。

　　在傳統(tǒng)課堂中重視理論教學，忽視高成本、高難度的實踐教學，理論與實踐的脫離，學生通過教師的講解與指導，為避免資源浪費分為小組操作實驗，不是每個人都可以操作的到。實驗中還必須要按照教師的實驗指導機械式的操作，學生缺乏獨立思考與設(shè)計實驗能力，且實驗課時在教學中的課時安排較少，學習有一定的局限性。

　　云幻科教虛擬學科實驗室運用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗操作對象，生動形象的直觀展示實驗，逼真的虛擬實驗教學環(huán)境讓學生猶如身臨其境。學生可以進行實驗觀摩、模擬實驗、拓展訓練等操作，在實驗中對實驗過程、實驗現(xiàn)象等觀察的很清楚，激發(fā)學生的學習興趣，提升實驗知識學習。云幻科教虛擬學科實驗室包括虛擬化學實驗室、虛擬物理實驗室、虛擬生物實驗室。

　　一、虛擬實驗室教學的必要性

　　(一)強化學生在學科實驗的基本知識

　　學科實驗教學要求學生了解實驗步驟、實驗原理、實驗現(xiàn)象，通過這些知識保證實驗的順利完成，提高實驗的成功率，避免資源浪費。然而在實驗中定會有些學生在基礎(chǔ)知識預習不足的情況中實驗難進行或失敗。虛擬學科實驗室打破時間與空間限制，學生可以在教學前反復的操作與練習，熟練掌握基本操作，鞏固實驗知識，同時避免相關(guān)實驗素材的浪費，全面提升實驗能力。

　　如在化學中，高錳酸鉀加熱制氧氣，教師需要為避免資源浪費與器材損耗，反復強調(diào)試管口需略向下傾斜、實驗結(jié)束先撤導管再滅酒精燈，學生對這樣導致的后果不能理解，老師又不能損壞一個實驗器材作為代價警示他們。虛擬實驗教學資源就解決了這些問題，為學生提供多次體驗選擇，解決學生疑問，鞏固知識學習。

　　(二)保證學生準確觀察到實驗效果

　　實驗中有些微觀實驗不容易觀察，虛擬實驗將微觀現(xiàn)象可視化，讓學生能夠清楚的看到實驗中的各種實驗現(xiàn)象。虛擬仿真技術(shù)高度還原實驗現(xiàn)象，即使是細微的變化也讓學生能夠一目了然，可多次的實驗操作讓每一位學生都能觀察到實驗現(xiàn)象，掌握實驗知識。

　　如生物實驗中的觀察葉綠體和細胞質(zhì)的流動實驗，需要在顯微鏡下觀察，有選取的植物要求、光照要求等很多實驗條件，又要慢慢的觀察流動速度、最適溫度等。虛擬實驗在直觀的展現(xiàn)細胞質(zhì)的流動的同時，標識不同溫度與計算速度的，讓實驗變得可控易觀察。

　　(三)有助于學生完成難度較高或難以實現(xiàn)的實驗

　　有很多的實驗是學校為學生提供器材與創(chuàng)造的，課程難度大學生就更不容易理解了。虛擬實驗通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可塑性，制作各種各樣的實驗教學模具與構(gòu)造教學環(huán)境，模擬現(xiàn)象物理過程與結(jié)果，使靜態(tài)事物動態(tài)化、抽象知識形象化、難以操作的實驗動畫模擬化，幫助學生由形象思維轉(zhuǎn)向抽象思維。

　　如物理實驗中，聲音不能在真空中傳播這個課題，很難去再現(xiàn)一個真空的環(huán)境給學生了解，即使使用抽氣盤和抽氣機進行演示，也很難做出來絕對真空環(huán)境，虛擬實驗器材除了營造相應環(huán)境，還將聲音的傳播可視化標識，學生可以很方便地進行演示實驗和學生分組實驗的練習，還可以自主地進行實驗探究。

　　(四)增加學生動手實驗操作機會，提升參與實驗設(shè)計能力

　　傳統(tǒng)的實驗中，由于教學條件的限制，有很多的實驗是小組操作或者無法實現(xiàn)的，人人動手操作的可能性較小，不能較好的對實驗進行分析與觀察對學習知識有所阻礙的。虛擬實驗無需消耗任何實驗素材，使用簡單的儀器設(shè)備完成整個實驗。學生可以利用虛擬實驗對實驗進行個性化實驗設(shè)計，研究性的進行知識的學習，培養(yǎng)學生的自主實驗設(shè)計能力與探索創(chuàng)新能力。

　　二、虛擬學科實驗室的特點

　　(一)交互式操作，培養(yǎng)實踐動手能力

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學生構(gòu)建身臨其境的虛擬教學環(huán)境，讓學生自身以各種形式參與實驗發(fā)生與變化的過程中去，在虛擬的實驗環(huán)境中扮演主導者角色，學習者的實驗設(shè)計、實驗操作都將導向著實驗的發(fā)展方向。學生通過動手操作完成實驗，讓學生在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，鼓勵學生“手腦并用”，提高學生實際操作能力。在虛擬實驗中學習者的認知、動作、反應及交互技能都能夠得到良好的訓練。

　　(二)節(jié)省資源損耗，規(guī)避實驗風險

　　隨著學校學校的學生越來越多，學校實驗室的應用壓力不斷增加，因為實驗經(jīng)費與實驗難易程度等問題，導致實驗教學活動難以開展。有了虛擬學科實驗室，極大程度上解決了實驗經(jīng)費問題。虛擬的實驗器材與實驗材料可節(jié)省實驗成本，即使多次操作也無需擔心實驗資源浪費和消耗問題。同時也不必再擔心一些有毒、放射性、易燃易爆、細菌等危險實驗，保證了實驗室的安全與學生的健康安全，消除實驗中會出現(xiàn)的安全隱患，讓每個學生都能夠操作實驗。

　　(三)與教材相匹配，實驗素材豐富全面

　　云幻科教初中化學虛擬學科資源庫是根據(jù)國家課程標準實驗要求，依據(jù)人教版(蘇教版、滬教版等)九年級化學實驗課程設(shè)置，綜合應用3D影像、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，供學生進行模擬化學實驗。資源庫包含一氧化碳還原氧化鐵、濃硫酸的腐蝕性與稀釋、粉塵爆炸實驗、甲烷燃燒等化學實驗內(nèi)容。

　　云幻科教虛擬實驗資源庫，將現(xiàn)代3D影像技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和課程標準教學需求無縫銜接，包含初中、高中階段，覆蓋化學、物理、生物等學科，是學校實驗創(chuàng)新教學、深度應用教學設(shè)備的最佳實驗資源。運用虛擬實驗資源庫建設(shè)虛擬實驗室，將難以進行的復雜實驗或具有危險性的實驗，在高度仿真的虛擬環(huán)境進行教學、操作、應用，能有效提供教育設(shè)備利用率，節(jié)省實驗教學經(jīng)費，規(guī)避實驗風險，提高學生自主操作的主動性。

　　(四)打破時間與空間限制，虛擬實驗環(huán)境逼真

　　虛擬實驗室節(jié)約大量實際實驗所需要的時間，比如器材的準備、實驗中反應進行時間等，提供便捷安全的平臺，耗時長、難演示的實驗也能在課堂上展示，并且能無限次練習操作。云幻科教虛擬實驗通過3D影像、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境，再現(xiàn)生活中無法觀察到的、無法用簡單方法再現(xiàn)的事件，對微觀世界及客觀世界的模擬，真實感強，調(diào)動學生多感官參與，給學生身臨其境的感受，為學生提供更多的時間與空間去探索去研究，更快的掌握實驗目標及內(nèi)容、知識點等，從而達到體驗式教學效果，提高學生的學習興趣。

　　中學是學生創(chuàng)新能力與探索能力培養(yǎng)的最佳時期，實驗教學對于培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才有著重要作用。實驗教學是學科教育的基礎(chǔ)，是科學知識學習的源頭，虛擬學科實驗室可以提高實驗效率，降低實驗成本，必將更廣泛地應用到教學中。