基于云服务的数字化校园建设与应用研究数字化校园建设与应用的实践——虚拟仿真实验室的建设与教学应用研究开原市第五中学苑宏梅- 1 -以“教育信息化带动教育现代化”为指导思想～根据教育部关于开展教育信息化试点工作的要求～结合我校教育教学的实际情况～营造数字化的教学环境～完善数字化的学习资源～开展数字化的学习方式。
依据本学年学校教育信息化发展规划～以开展理化虚拟仿真实验室为突破口～重在培养学生的学习兴趣、提高动手能力～进而培养学生自主探究、合作学习意识。
一、学校概况作为国家现代教育技术实验学校～我校始终坚持“运用先进的技术手段辅助教学”～并在全市教育教学改革中起着示范带头作用。
自2000年以来我校在硬件设施上高投入～建成完善的闭路电视系统、校园广播系统和校园网络系统,专用教室有:电视演播室、节目录制室、学生计算机网络教室、教师电子备课室、多媒体专用教室、信息控制室、光盘播放室、卫星接收室。
在人力资源上重视教师教育技术能力的培训～每学期组织教师开展多媒体课件制作、应用等教育技术培训～开展信息技术与学科整合的实践研究～以教学公开课、示范课、整合课的形式～不断培养师生运用新型教学模式从事教学～从而提高教学质量～推进我校教学工作的教育信息化。
二、项目研究背景虚拟仿真实验是近几年来信息技术迅速发展的产物, 是- 2 -一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。
随着虚拟仿真实验技术的成熟～人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值～它除了可以辅助中学的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点。
近年来,国内的许多中学都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟仿真实验室。
物理、化学是以实验为基础的学科～随着教育科学的发展以及人们对教育要求的不断提高～传统的课堂教学和实验手段逐渐暴露出许多弱点～容易受到温度、湿度和有毒气体的影响。
而虚拟仿真实验室教学在教学形式、教学方法和传播介质等方面有着独特的优势～可以弥补传统教学的不足。
三、项目研究目标仿真物理、化学实验室实验研究～改变了传统的实验教学～丰富了教学的形式和实验的内容、优化教与学的方式方法～使教学活动的价值功能得以改善～通过信息技术的有效应用～可以建构一种理想的学习环境～这种环境可以支持真实的情景创设～不受时空限制的资源共享～快速灵活的信息获取～丰富多彩的交互方式～打破地区界限的协作交流～以及有利于培养学习者创造性的自主发现和自主探索～培养学生具有创新精神和实践能力～提高学校教育教学质量。
研究小组向着改变教学媒体～改变课堂结构～促进教学效- 3 -率等几个方面开展研究:,1,探索在仿真物理、化学实验室环境下～仿真物理、化学实验室软件是否满足初中物理和化学日常教学内容～在仿真实验室环境中物理和化学教学模式怎样优化。
教师借助于仿真实验室～有效地解决了教学中那已实现和模拟的实验情景～加强了知识的内在联系～利用课件中色彩丰富、动态模拟～生动地创设教学情景～设疑激趣～为教学模式的探索提供了基础。
,2,如何使仿真物理、化学实验室环境走进学生。
仿真实验室不仅是教师的教学工具～同时也是学生学习的工具～学生可以在仿真实验室中实验和模拟书本中和书本外的实验～发挥学生的创造力和想象力～激发学生学习的兴趣～充分发挥学生的学习能力。
四、项目研究方法研究小组由物理和化学教研组全体教师组成～重在参与。
课题研究主要采取理论探讨和示范研讨、实践总结的研究方法。
五、项目组成员此试点项目由朱玉廷校长牵头～孙伟副校长主抓～信息技术教研组史德祥老师负责仿真实验室的组建～参加实验的成员为物理、化学、信息技术教研组教师～最初试点项目人员为物理教师左桂华、化学教师罗贺权。
项目实施、普及推广阶段理化教研组教师全员参加。
- 4 -六、项目研究具体做法1、2012年3月——2012年6月构建虚拟仿真实验室,开发实验室网络平台软件系统～投入资金购买基于Labview图形界面环境下LM3S8962开发板、单片机NT-51-c开发板。
史德祥老师对理化电教研组实验教师进行使用仿真实验室平台的理论及操作培训～并做《虚拟仿真实验室在物理化学实验中的辅助应用》讲座。
理化教研组教师根据本校的实际教学和实验情况～结合学生的实际水平～进行一系列的虚拟实验项目的开发研究～收集整理学习资源～二次开发整合～并将研究成果储备。
学生利用学校实验室资源、社会资源、身边学习用具～开展动手创新实验探究～体验科学家探究实验的过程。
例如:探究半导体材料与哪些因素有关～还比如碳还原氧化铜演示实验等。
这些条件要求比较高～花费时间比较长～实际效果不明显～还有一些易造成环境污染的实验～化学、物理教师一般不会去做～那么这些实验项目就可以借助仿真实验室很好完成～学生要教师指导下～遵循实验规则～亲自动手实践～获取新知。
2、2012年9月——2012年12月信息技术教研组史德祥老师与理化教研组教师共同合作～集思广益～运用仿真实验室软件制作物理力学虚拟实验室、物理热学虚拟实验室、物理电学虚拟实验室、电路分析虚拟实验- 5 -室、光学实验、初中物理课件集、仿真化学实验室、中学化学小百科、化学课件集～将储备的研究成果连接到虚拟实验室中～逐渐扩充直至完善。
学生到网络教室～利用在课堂或课外时间～运用力学虚拟实验室开展各类实验～如杠杆平衡条件、阿基米德原理、模拟潜水艇实验、用天平测物体密度,运用电学虚拟实验室自己选择实验器材做各种各样的电学实验、模拟电磁学实验,运用光学模拟实验做光的折射定律、光的反射、凸透镜成像规律实验、小孔成像实验, 学生利用化学仿真实验室虚拟稀释浓硫酸的错误操作:浓硫酸注入水中的水沸腾场景:浓硫酸飞溅出来……配合水激烈沸腾声和学生受伤惨叫声。
然后教师指导学生利用仿真化学实验室以规范的操作正确演示一次～让学生明白一个道理:只要严格按照化学规范操作规则进行化学实验～即使具有危险性的实验也是安全的。
3、2013年3月——2013年6月构建专用仿真实验室～便于学生不受时空限制进行仿真模拟实践研究～全体实验教师听课、研讨～总结虚拟仿真实验教学模式。
实验教师左桂华、罗贺权两位教师开展实验班虚拟仿真实验教学。
对学生进行软件平台、仿真实验室使用的培训～逐步探索仿真实验室软件平台如何在学生中开展应用～成为学生学- 6 -习和探索新知的平台和工具。
学生在专用仿真实验室开展实验研究。
例如仿真物理实验:例1:加热水的实验《仿真物理实验室》中有中学阶段常用到的各种实验器件～例如:铁架台、烧杯、酒精灯、温度计等。
现在学生就利用这些器件做一个给水加热到沸腾的实验。
1.新建一个实验项目,从主菜单中选择[文件]-->[新建]或从工具栏上直接点击按钮。
2.在这个实验中～要用到烧杯～酒精灯～铁架台还有温度计。
这些器件都可以在器件箱中找到。
用鼠标点击器件箱中具体器件的按钮～然后松开鼠标～再在实验区中～点击鼠标的左键～这个器件就被放置在实验区中- 7 -了。
用这个方法～学生把烧杯～酒精灯～铁架台还有温度计放置在实验区中～并摆放成以下的位置。
3.下面要在烧杯中放一些水。
用鼠标右键点击烧杯～在弹出菜单中选择[属性]～就弹出了烧杯属性的对话筐。
选择液体为水～液体的质量为50克～初始温度为20摄氏度～然后确定。
4.接下来～仿真点燃酒精灯～让它给烧杯加热。
用鼠标的- 8 -右键点击酒精灯～在弹出的菜单中选择[点燃酒精灯]。
加热中～水的温度升高了～当温度达到100摄氏度时～水开始沸腾了。
这类实验给学生一个创造和想象的空间,它能让学生对物理现象的认识更加深刻,对物理定律的理解不再枯燥,对物理的学习兴趣油然而生～在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验～从而加速和巩固学生学习知识的过程。
例2.趣味物理,潜水艇的原理- 9 -在《仿真物理实验室》中～增加了一些趣味性的东西～可以让学生在轻松游戏之中学习物理。
也可以使物理课堂更加丰富多彩。
在模块中有一个潜水艇对象～从器件箱中可以创建出这个对象。
用鼠标右键点击这个对象～在弹出的菜单中选择[属性]～就弹出了潜水艇属性的对话筐。
在这个对话框中可以控制潜水艇的吸水和排水。
《仿真物理实验室》最杰出的表现就是能让师生轻轻松松制作富有创意、题材广泛的物理实验。
例如仿真化学实验:在探究实验室制取二氧化碳的实验中～学生利用“仿真化学实验室”软件在平台上随意表演仪器拆装过程、实验步骤～并在同学间互评～交流实验注意事项。
《仿真化学实验室》适用于中学化学教学～是一个理想的学习工具～虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境～亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力～主动地去交互与被动的灌输～有本质的差别。
通过这种方式大大调动学生的参与意识～从而更加激发学- 10 -生的学习兴趣～增强教学效果:4、2013年9月——2013年度12月“仿真物理化学实验室”是面向中学物理、化学课堂～面向全体师生的开放性的实验仿真平台。
它是教师教学的得力助手～是制作课件的好工具,又是学生探索物理和化学～了解物理和化学的学习工具。
它与常规的物理、化学教学软件不同在于:不是单纯演示几个现成的实验～而是提供一个实验器具完备的综合性实验室～学生们亲自动手创建所能想象的实验～运用理化科学的方法指导生活～树立正确的科学观。
理化教研组全体实验教师普及推广虚拟仿真实验室教学研究。
在平台实验管理模块的支持下～对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑、论坛交流等进行有效管理～并对虚拟实验室进行监控。
同时理化实验教师做示范课～组织全市学科教师观摩～实现了校际间优秀教育资源的共建共享～推动全市教育信息化发展进程。
七、保障措施1、加强基础设备建设根据我校局域网和硬件配置的现有情况～在统筹规划的基础上～分阶段购置虚拟仿真实验室网络平台软件系统并组建专用仿真模拟实验室～保证网络畅通～各个系统之间的软硬件衔接。
- 11 -2、开展必要的培训和应用训练对项目组物理、化学、信息技术教研组实验教师进行虚拟仿真实验室软硬件运用的培训,对八、九年级学生开展信息技术素养应用培训和应用训练。
3、完善必要的管理制度根据《教育科研项目管理细则》～完善相关规章制度～制定《实验研究教师工作考核制度》和《教师科研成果奖励条例》等激励机制～有效激发了教师开展项目研究和总结教学经验的积极性～确保学校教育信息化建设的落实和高效运转。
八、预期效果我校项目实验小组教师针对教材的特点及学习类型的不同～借助于仿真实验室软件制作的课件～直观性强～有效地解决了教学中和重、难点～加强了知识的内在联系～利用课件中的动态模拟～生动地创设教学情景～设疑激趣～改变教学模式。
仿真实验室软件作为学生认知、探究的工具～使学生实现学习方式的变革～从被动接受式学习真正转变为自主探究学习和有意义学习。