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中小学虚拟实验室数字化的自我革命

目前正轰轰烈烈的进行中小学课程改革。中小学课程改革的核心理念，就是要强化学生的自主探究性学习，让学生通过自主探究性学习，掌握新的知识，获得新技能，培养科学探究的能力。在课程改革的新形势下，理科教学中实验教学的地位显得更为重要。许多的知识、规律不再是由教材直接给出后通过教师灌输给学生，而是要求让学生通过探究性实验来再发现，这就对理科实验室提出更高的要求。

早前的数字化教室就是一个多媒体教室，一位老师、一台电脑控制台,一套投影设备，上课的课件换成PPT或者投影课件，就是所谓的数字化的教室；后面有了电子白板、纳米黑板，以及后面带触控功能大型液晶黑板可以对PPT切换的同时还可以做板书标记手势，插入录播或者互联网课程视频以及图片等动作，这是原有普通教室的升级，实验内容不再仅仅需要教师现场演示，可以通过多媒体来播放重现实验结果。这个阶段学生的自主探究性学习能力其实并没有得到释放,学生依然存在被动接受知识的问题。最后课程还是需要去实体实验室去操作才能将课程的实验目的讲清楚。

这期间实验室设备开始电子化，还不是我们想要的数字化，虽然我们说这是“数字化探究实验室”，实验室添置的小学、初中、高中教学所需的带有传感器、采集器、无线智能传感器的电子实验仪器成为实验室主角。

简单的说实验就是理化生实验采用电子传感器来完成。比如传统物理实验的牛顿第三定律，传统方式是采用两个弹簧秤对拉看刻度基本相等，而“数字化探究实验”采用两个力传感器对拉，通过两根USB线将传感器数据传入电脑，然后同软软件可以以数字和曲线的形式显示出力的大小变化曲线和数据是相等的和对称的，并且可通过软件进行曲线的拟合。电子化的探究实验室是对传统实验的一个非常好的补充，在传统实验一些只能定性无法定量的实验以及一些微小或瞬间数据的测量上，这类型电算化实验室能发挥出一定的作用。从实用的角度结合小学、中学、高中理化生电子传感实验装置，为学生科技普及方面确实做了很多的工作。

现阶段的数字化实验室其实和虚拟现实（VR）设备的研发轨迹重合的，教育行业很早就受益这方面的新技术，动态影像通过数字技术辅助教学，我们都可以认为是数字化的一个实现方式。VR所将实验对象的二维影像三维化，同时能够将这些教学资源保存在智慧化校园的私有云上，这是还只能算第一步。下一步是如何让这些三维虚拟资源具备完整的物理化学属性，让学生可以有可能自己来操作实验。

需求大的教备市场，应用案例必然多，第一个吃螃蟹的开荒者值得我们尊敬！

VR对于教育实实在在的普惠，原因在于应用场景丰富。VR虚拟仿真资源可为传统教育中典型的实验教学创设复杂的、多样的实验条件以及情境，赋予虚拟现实仿真模型完整物理生化的属性，实验允许学习者在可能预见不同的情境中创造性应用所学知识，反复试错求真，多次实验实现不断强化探究的效果，节能环保并不会增加实验室的耗资。

凤凰创壹的VR虚拟现实创新实验室综合解决方案是一款为中小学校、校外教育基地设计开发的用于满足青少年自主探索、安全实验的软硬件一体化产品，满足多地区、多学校和多学科专业的VR虚拟现实实验创新教学的需求。通过虚拟现实技术，依托国际先进的桌面级便携式一体化虚拟现实设备，深度集成VR、AR、MR等多种新兴技术，学生可亲自操作，并反复观察VR实验体细节。

完美支持人机交互、师生教学和学生互动，彻底打破虚拟和现实的边界，学生在身临其境的自主探索中，打破课堂壁垒进行自然探索；以前难以实现的地理、历史及理化生、科学、生物实验，学生能更主动地学习，更深刻地理解，更长久地记忆，实现综合素质的拓展和科学精神、创新精神的培养，让VR技术真正服务教学、助力教育创新发展。结合VR实验室的整体环境建设、特色师资培训及其他配套服务，帮助中小学、校外教育基地提升办学特色，打造创新品牌。

例如，以前觉得生物很难，因为很多东西无法观察到。有了这么逼真的VR模型，让学生理解生物知识就容易多了。高精度的人体各个系统的模型图资源，包含骨骼、韧带、肌肉、神经、大脑、内分泌、心血管、淋巴、呼吸、消化、泌尿、生殖等系统的全三维动效人体模型库。通过触控笔可随时对人体系统进行拆解或选择某特定的人体系统的构造，在全三维模式下对人体各系统进行学习、浏览，同时还可查看系统预置的人体组织的注释。

又如，分子生物学虚拟仿真教学平台只需要学生在电脑上按照软件的操作提示就可获得正确的实验结果，学生既能更好地理解实验原理及操作步骤，又能节约更多的时间反复操作加深理解，能更系统地完成整个分子生物学实验的学习。

虚拟仿真资源的有效辅助，让实验室的物理生化学科探究有了不一样的体验形式，以往中小学桌面式3D最大的问题资源量太少，现有的虚拟现实资源可以说所想即有所得，可以提供的情境设计以及实验条件模拟可突破时间和空间的限制，实验对象完美的物理生化属性足以以假乱真，满足学习者在沉浸式的实验中获得知识的需要。

此外，中小学实验室建设之前并没有被太多重视，实验项目受限于设备、仪器的后勤水平，主要内容以知识科普为主，看的多，互动性少,虚拟现实则是希望用沉浸式的场景互动来实现教学；中小学实验过程中需要耗费大量的实验材料，虚拟仿真资源具备可重复利用的特点，大大减少了在实验设备和实验材料的耗资。中小学实验过程都是预设的结果，与真实实验有较大的差距，虚拟现实模型增加的生化属性可以将实验真实场景完美再现；中小学实验内容零散，需要展现的实验内容感觉很多，需要机构和院校有勇气有决心持续开发完整的课程体系或实验体系；中小学实验室管理的安全问题（避免危险操作以及有毒有害的实验物伤害以及实验室财产安全维护），虚拟现实实验室基本算是完美的解决这方面存在的风险。

比如，让历史的学习不再枯燥,我们带着孩子在游玩中学习,以拟人化的表现手法和智能化的交互方式，让文物开口“说话”，让“穿越时空”成为可能，让历史“活”起来。学生在教师的引导下自主探究，寻访文明的足迹，触摸历史的脉搏，感受华夏文化的独特魅力，激发求知欲、好奇心和想象力。

目前，大多虚拟仿真实验教室都融入了人工智能技术，可对学习者的操作进行跟踪并给出及时反馈，一定程度上解决了中小学教育师资利用的问题。因此无论是在人力还是物力方面虚拟仿真资源的使用都大大降低了教学成本。

目前中小学智慧实验室因为前期投入研发的费用较高问题，财政能力方面考虑，还有深究技术原因就是VR技术的局限，无法解决小孩佩戴者长时间使用的不适，眩晕，所以暂时目前是没有一个完美的方案，但是探索总是要继续的，有些同业会用智能家居的设备声控，包装下教室的科技含量。这种教室也会跟你说这是智慧教室，实际上就是堆积智能硬件。

我司凤凰创壹目前也在技术去寻求突破实现数字化校园资源的整合，中小学学校私有云的范围内，将校园管理数字化，实验室管理数字化，校园教学资源数字化，教学质量评估的数字化作为目标。当然已经有不少的学校，比如双十中学都在和我们进行这方面的合作。

中小学科技数字化实验室最终发展形态也还是以学生的发展为主体，以综合、探究、创新、会学为理念而研究和开发的新课程实验教学环境，符合自主学习、合作学习、探究学习的新的学习方式。按中小学实验的设计和组织要求，创设一种科学探究实验环境（实验设备、实验方式、实验氛围），遵循学生的认知规律，培养学生解决实际问题的思路、方法和能力。凤凰创壹智慧实验室可满足学生自主学习的需要。学生利用该环境开展科学探究实验学习，可以较好地完成课程学习任务，而且可以很快适应新的考试方法和考试模式。同时解决了老师如何教，学生如何学的问题，有利于学生掌握研究方法，掌握书本知识，培养科学探究能力以及形成科学价值观。