數字實驗室和模擬

由Steve Baskauf, Cynthia Brame, Lily Claiborne, Denise Due-Goodwin, Erika Grundstrom, Adam List, Sherry Thomas, Susan Verberne-Sutton和Mark woolfle貢獻

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引用本指南:S.巴斯考夫，布拉姆，C.克萊本，L.杜-古德溫，D.格倫斯特羅姆，E.， List, A.， Thomas, S.， Verberne-Sutton, S.， & woolfle, M.(2016)。數字實驗室和模擬。beplay登录网址手机端範德比爾特大學教學中心。beplay体育官方下载ios從//www.cscnaha.com/guides-sub-pages/digital-labs-and-simulations/檢索[todaysdate]。

隨著在線教育在美國的普及，每年有數百萬高中生和大學生接受在線教育，教育工作者和教科書製造商一直在尋找將實驗室轉移到在線環境的方法。從物理學到生物學，從化學到地球科學，許多科學學科都發展了數字實驗室和模擬技術，有時是為了取代實驗室，有時是為了補充麵對麵的教學。這些數字實驗室和模擬的集合可以在許多網站上找到。

各種團體已經發表了證據，表明虛擬實驗室和模擬是促進學生學習的有效工具(例如，Millis等人，2011;貝克和維蘭，2004年;Sommers和Sommers, 2003;Martinez-Jimenez et al.， 2003)。作為一群具有不同學科(天文學、生物學、化學、地球科學和物理學)專長的經驗豐富的實驗室教師，我們試圖回顧數字實驗室和/或模擬，以確定在我們的教學中最好地使用這些工具，並確定使數字實驗室成為有用的教學工具的特點。

他們是什麼?

我們將數字實驗室定義為一個交互式的在線工具，學生被要求模擬一個實驗。我們將模擬定義為物理現象的非靜態表示;也就是說，試圖顯示構成物理現象的元素運動的表示。模擬可能有也可能沒有互動元素(也就是說，學生可能能夠發起這種現象)，通常比數字實驗室更簡短。

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它們什麼時候有用?

我們回顧了大約12個數字實驗室和模擬，每個實驗室都聚焦於我們領域的一個實驗室，並考慮將數字材料納入到我們自己的教學中。我們的結論是，數字實驗室和模擬在幾種情況下都是有用的。

當你無法接觸到真正的材料時，它們是很有幫助的。
它們有助於可視化看不見的現象，特別是如果運動或變化是重要的，而且很難用靜態圖像看到。
它們可以作為課堂或家庭作業的輔助材料。
它們可以作為實驗室前的準備工作。
他們可以幫助學生看到理論和現實之間的區別。
它們可以幫助替換那些需要很長時間才能實時完成的實驗。

然而，我們並沒有發現我們遇到的數字實驗室可以有效地替代真實的實驗室，在真實的實驗室中，學生們實際收集數據並分析混亂的現實世界的結果。此外，我們沒有發現模擬是可以用視頻顯示的可視過程的有效替代品(例如，解剖)。

什麼特性使它們有用?

我們確定了幾個有助於使這些工具對學生學習有用的特性。其中一些特征有助於管理學生的認知負荷(Mayer和Moreno, 2003)，而另一些特征則促進學生的元認知和動機。

技術應該是簡單的，讓學生專注於科學而不是技術。
應該有好的指導性問題來集中學生的注意力。然而，導向性問題和伴隨文本的數量應該受到限製，以避免學生失去注意力。
為了幫助學生評估自己的理解，應該有隨學生輸入而變化的圖形輸出。此外，應該有學生回答的問題和他們收到的反饋，以幫助他們評估理解。
最好的數字實驗室和模擬是靈活的，允許“在空間中玩耍”。
數字實驗室或模擬工作的結果應該是一個“有價值”的產品，因此對學生很重要。

參考文獻

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這本教學指南是根據美國法律獲得許可的知識共享署名-非商業性4.0國際許可．圖片來源:Shadab通過Compfight cc