第一章绪论
教育技术的发展使教育无论从理论层面还是技术层面都产生了根本性的提高，正如原教育部部长陈至立所说:“现代教育技术是教育改革和发展的制高点与突破口。要实现教育的现代化，要实现教育的跨越式发展，教育信息化是一个关键因素。占据了这个制高点，就可以打开通向教育改革发展的现代化之门。以信息化带动教育现代化，实现教育的飞跃提升是未来教育发展的必经之路。
计算机技术、信息技术的迅速发展，带来了设备、技术的更新周期变短，更多更优良的设备、技术、思想都被引进到教育中，促进了教学环境的大幅度提升。在这样的大背景下，虚拟实验系统应运生。计算机技术特别是虚拟现实技术的广泛应用，使得人与人之间的信息传递速度大大提高，}fn教学过程本来就是信息的传递、理解、吸收过程。信息的特殊性和复杂性使得教育信息化走向虚拟化和智能化之路，虚拟现实技术也就成为教育信息化的“交通工具”，它对促进我国的教育现代化具有现实意义。所以将虚拟现实普及与教育领域是当今教育工作的趋势。
一、研究背景
2001年7月出版的《全口制义务教育化学课程标准(实验稿)》体现了国家基础教育课程改革的指导纲要精神。它指出:“义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能;引导学生认识化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用，通过化学学习培养学生的合作精神和社会责任感，提高未来公民适应现代社会生活的能力。”这个纲领给初中化学教学工作带来了指引。该标准要求教师在教学过程中注重培养学生积极主动的学习态度，强调知识与技能的学习要与正确价值观保持一致;要求学生在学习过程中保持良好的心态，以积极、健康的学习态度投入到学习过程中，在获得知识技能的基础上，努力提高自己的学习兴趣，做到寓学十乐。
在传统的化学实验课程教学过程中，许多实验由十实验条件限制、危险系数高或者反应时间和空间限制}fn无法进行，即使能够进行实验，学生也是在教师的监督和指导下，实验以小组形式进行，一组内的学生数量往往很多，在有限的课时内不可能每一个学生都能从头到尾完成实验;并学生只有在规定时间范围内才允许到实验室开展实验。在实验前、后一般是不可能进实验室的，学生对实验的预习和复习往往是通过阅读文字资料来完成等。随着计算机技术、网络技术在教育中的深入应用，如何通过辅助手段来为学生创造更佳的学习环境尤其是实验环境，减少由十传统实验本身的劣势造成的学习限制，从增加实验对学习的促进作用成为教学工作者和研究者口渐关注的问题。
二、研究综述
(一)国外研究现状
虚拟现实技术为教育领域提供了一种理想的教学手段，美国作为虚拟现实技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际虚拟现实发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。虚拟现实在航空航天、医疗、建筑等行业的应用已经比较广泛和深入，但在教育中的应用还未完全普及。从技术领域来说，目前应用十中学化学学科教教学中的虚拟现实系统大部分都是二维的结构，南京金华科公司的仿真化学实验室以及东师理想初中化学虚拟仿真实验室中涉及到得分子结构都是二维体系。目前主要采用3DS MAX, Multigen Creator, Maya, Open GVS等工具软件进行虚拟现实建模，然后导入Internet Space Builder, Cosmo Worlds等可视化编辑软件中进行完善处理(压缩文件大小，增加交互功能)，最后在文本编辑软件中进一步更正优化。
在国外研究成果中，应用十中学化学比较有代表性的学习软件如下:
1、ChemLab
ChemLab由美国Corel公司十1996年推出。它是一个交互式的化学实验模拟工具，通用的实验装置和步骤用十模拟一步一步执行化学实验(如图1-2。该软件以任务为主线，首先，由教师制定一系列学习任务和学习目标，学生在领会学习任务和目标的前提下，通过引导最大程度的独立完成实验。ChemLab的功能比较突出，但实验器具和试剂偏少，实验模块之间的自由构建功能体现不足，扩展功能也很有限并不具备味觉和触觉功能
2、IrYdium Chemistry Lab
IrYdium Chemistry Lab软件由美国Carnegie Mellon大学基十Java开发，有很好的跨平台性，但运行速度不是很快。它的优点在十学生通过网络来查石‘学习进度，充分利用空闲时间进行自主学习:将化学药品的属性直接展现在屏幕上，方便学生直接使用(如图1-3。但是该软件只设置了部分实验，实验药品和装置都不是很充足，在实验范围的广度上有待提升:针对学习者在实验中可能产生的错误没有做出预测，缺乏错误的提示和纠正功能。
3、美国ScienceSpace项目
为了使学生能够更直接的感受知识，美国NASA项目资金和NSF的高级技术应用程序项目资金共同资助并设计、开发了ScienceSpace项目，该项目将物理性沉浸技术与建构主义学习理论融合，使学生在多种感觉器官的刺激下探索与现实世界相同的虚拟世界，在一定程度上填补了学生的知识空缺，促进了学生的学习。虚拟世界中具有代表性的为鲍林世界，在此虚拟世界中，学生可以选择简单到复杂不同模式下对原子和不同分子间的组合现象进行探索，可以像摆积木一样畅游在原子和分子之间，任意的搭建结构模型、任意的排列和叠加分子和原子，这从根本上消除了凭空想象物质结构的现象，解决了抽象思维能力不够的学生的困扰，使得学生要学习的内容更形象化、贴近生活化，促进了学生对物质基本组成的理解。
(二)国内研究现状
虚拟现实技术在国内的地位处十口渐上升的地步，多个领域都相继引入虚拟现实技术并取得了较高的成果。目前，虚拟现实技术在教育领域中主要应用十航空航天、建筑、医疗、规划、设计、电子电路等学科教学中，}fn在化学实验教学中的应用还未得到大范围的推广。目前，国内有代表性的虚拟化学实验系统主要有以下几种:
1、浙江大学有机化学虚拟实验室
浙江大学有机化学虚拟实验室，是基十web的虚拟实验(如图1-3)，该系统的实验内容主要从基本操作、制备实验和分离实验二个方面，实现对有机化学实验的虚拟操作。整个实验系统内容全面、界面清晰、操作步骤明晰并伴有操作提示，能够让学习者在提示作用下快速完成实验内容。但对十错误的实验完全屏蔽并目_每一步都有提示，缺乏对学习者能力的检测与监测。
2、南京金华科公司的仿真化学实验室
南京金华科公司的仿真化学实验室软件，界面设计灵活，包含实验内容较丰富，实验过程具有严谨的科学性和开放的交互性，既是化学课堂中的教学平台、也是化学教师的课件制作平台和学生的交互式学习平台。该虚拟实验系统由仿真化学实验室、二维分子展示(如图1-5)、中学化学小百科二部分组成。仿真化学实验室的设计界面是二维结构(如图1-6，用户可以按照自己需要搭建实验器材，独自进行实验。在实验整体性上有自己的优势，并目_能够清晰地看到发光、气泡等现象，不足之处在十它没有对实验过程中可能存在的错误进行分析，并给出错误提示和更正处理。
中学化学验证性虚拟实验的设计与应用研究
第二章 验证性虚拟...................... 21-31
一、 概念界定...................... 21-22
（一） 验证性实验...................... 21
（二） 虚拟现实............................. 21
（三） 虚拟实验.................................. 21-22
二、 虚拟现实概述 ......................................22-23
（一） 虚拟现实的....................................... 22
（二） 虚拟现实系统........................................ 22-23
三、 中学生化学实验.......................................23-25
（一） 中学生化学实验....................................... 23-24
（二） 中学生学习实验兴..........................24-25
四、 验证性虚拟实验的理............................25-31
（一） 认知主义学习............................... 25-27
（二） “有意义接受”学............................... 27-28
（三） 信息技术与课程整.............................. 28
（四） 自主学习理....................................... 28-31
第三章 初中化学验证性虚拟...................................... 31-47
一、 验证性虚拟化学实验.................................. 31-38
（一） 需求分析理............................. 31-37
（二） 用户调查分................................ 37-38
二、 验证性虚拟化学实验的........................38-39
（一） 目的性......................................38
（二） 交互性.................................. 38-39
（三） 科学性........................................ 39
（四） 启发性............................... 39
（五） 安全性.......................................... 39
三、 虚拟实验系统的..................................... 39-41
四、 教学模式与教....................... 41-44
......................................................................................
结语
科学技术的快速发展带来了教育领域中硬件和软件方面的快速提升，形形色色的教学产品也如雨后春笋般出现。虚拟现实技术自身的特性决定了它在教育领域中的运用能够为教育革新带来新的景象，占据着越来越重要的地位。化学作为一门实验性较强的学科，实验是教学的主要形式，但是当前的实验教学却存在着这样或者那样的限制因素，利用虚拟现实技术构建的虚拟环境能够在一定程度上改变限制的状况。