将随机性引入虚拟实验

物理学要求学生分析数据中的错误，讨论这些错误的原因，并推荐未来可以改进实验的方法。这需要实验室工作。

当我们在大流行期间使用实验室工作的交互式模拟在线移动时，我们发现他们的结果太完美了。实验每次都可以完全按照基本原则运行，从而消除了调查问题或提出改进建议的机会。我们必须找到一种方法使在线学习更加现实。

关键评估流程

在实验室工作是科学教育的重要组成部分：它让学生有机会亲眼目睹抽象的原理在行动，它很吸引人，而且重要的是，有可能出错。科学就是从观察中学习，没有计划的事情提供了更好地理解的机会。

学生会问自己为什么结果与假设不匹配，以及他们没有考虑或充分控制哪些变量。除了培养实用技能的重要性之外，这就是为什么实验室工作是评估过程的重要组成部分。

我们的交互式模拟完全根据基本原理运行实验，这使它们成为引入新物理原理的理想工具。然而，它们可以很容易地适应引入实验误差，例如将电池的内阻调整为非零值，这有助于模拟加热效应，或者使用真正的尺子或真正的秒表代替完美集成的尺子和期间计时器。

设计一个不太完美的解决方案

我们使用FlashyScience教学生如何使用千分尺螺钉，在主要调查中，我们使用了 科罗拉多大学博尔德分校的 PhET 模拟，我开发了一个系统来引入随机和系统误差，以更好地模拟现场环境。

我重新设计了在线实验室的评估摘要和评分方案，同时确保它们仍然符合相同的现实实验室评估标准。

我们学到了什么

确保学生理解评估标准是相同的，即使它是在线的，他们也提交相同质量和数量的工作，要求相同的部分、分析和标准。

将随机误差引入原本完美的虚拟实验数据中，这样数据点就不会全部落在一条直线上。这为学生提供了绘制最佳拟合线的机会。同样，引入足够的系统误差，使直线不会直接穿过原点，并让学生有机会评估系统误差的来源。

在学生应用的方法中提供自由，以便他们能够识别自己的测量误差来源。这也为学生提供了识别错误来源以改进的机会。

选择是否使用传统方法(锋利的铅笔和方格纸)和数字方法来确定趋势线的梯度。

通过考虑学生对方法的调整以及他们如何证明其合理性，查看他们的结果表并要求学生从千分尺照片中正确读取读数，远程评估“实践技能”。

应用标准的学术不端行为预防策略，并提醒学生作弊和抄袭的后果。

创建“操作方法”视频以指导学生完成整个过程。

利用数字环境提供的灵活性。例如，通过简单的钟摆实验，学生可以在不同的重力下进行尝试。

收集学生的反馈以改进未来的虚拟模拟——我们收集的反馈表明学生的满意度很高;学生们赞赏数字模拟提供的准确性。

虚拟学习在未来的地位

真实实验室的动手体验永远无法被虚拟版本所取代。实际实验室中出现的某些类型的误差无法用虚拟表示，例如摆锤悬挂的系统误差、电路中的热效应和金属线不直。

然而，这种方法有一席之地。对于远程学习或在根本没有实验室工作的情况下教授非常大的课程，它将继续非常有用。包容性教学也有显着优势，因为任何有互联网连接的学生都可以体验实验室的乐趣。

虚拟学习——包括在虚拟实验室中——无疑将比大流行更持久。随着数字实验室模拟的改进和更好地整合随机性，我相信它们将与真正的动手版本并驾齐驱。

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