• بسیاری از آزمایش‌های انجام گرفته در مدارس، پایه علمی درستی نداشته و بی ارزشند.

• فعالیتهای عملی انجام شده در مدارس، دور از توانایی ها و علائق دانش‌آموزان هستند.

در اواسط جنگ سرد، در سال ۱۹۵۷، با پرتاب اولین سفینه فضایی (اسپوتنیک) توسط شوروی سابق، شوک عظیمی در بعضی از کشورها ایجاد شد. در مورد آموزش علوم تجربی، از قبل انتقادهایی در زمینه عدم کارایی روش های آموزشی موجود وجود داشت و پرتاب سفینه اسپوتنیک سبب شد تا بسیاری از کشورها، با شدت هر چه بیشتری به انجام اصلاحاتی در برنامه‌های درسی خود همت گمارند. اصلاحات برنامه درسی آموزش علوم نیز از جمله برنامه‌هایی بود که در بسیاری از کشورها به آن پرداخته شد. از مهمترین برنامه‌های درسی جدید، می‌توان به پروژه های نافیلد در مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه انگلستان و مطالعه و بررسی برنامه‌ درسی علوم زیست شناسی، فیزیک و شیمی در ایالات متحده اشاره کرد. اساس این پروژه‌ها بر درک مفهومی و یادگیری بخش اعظم حقایق علمی استوار بود و روی این اصل، دانش آموزان مجبور شدند تا از کتابهای درسی جدید و ویژه ای استفاده نمایند. برنامه درسی جدید بر توسعه هر چه بیشتر مهارتهای پایه، و نیز استفاده از فعالیتهای عملی در کنار کلاس درس تأکید داشت (میلار ^[۵۰] ،۲۰۰۴).
در سال ۱۹۸۰، جان سالومون با انتشار کتابی تحت عنوان “آموزش کودکان در آزمایشگاه” گفت: شکی نیست که آموزش علوم تجربی باید در آزمایشگاه صورت گیرد، زیرا که علوم تجربی به آزمایشگاه تعلق دارد، همانطور که آشپزی به آشپزخانه و کشاورزی به مزرعه تعلق دارد. سالومون این الزام در اجرای فعالیتهای عملی را با الهام از نظریه‌ها و فعالیت‌های صورت گرفته توسط آرمسترانگ مطرح کرد و با اجرای پروژه‌های مختلف آموزش علوم، موجب گسترش این نظریه شد. سولومون درکتاب خود خاطر نشان کرده است که سؤالات زیادی در رابطه با چگونگی تنظیم برنامه فعالیتهای عملی و اجرای آن در مدارس وجود دارد، اما در کتاب او اشاره‌ای به میزان فعالیتهای عملی در مدارس نشده بود(نشاط پرور، ۱۳۹۱).
میزان فعالیتهای عملی در مدارس را ک‍‍ِر^[۵۱] (۱۹۶۳) که در زمینه انجام فعالیتهای عملی در مدارس پژوهش می‌کرد، مشخص کرد. او با الهام از نظریه رشد شناختی پیاژه متذکر شد که معلمان علوم برای تنظیم میزان فعالیتهای عملی در مدارس، باید تلاش کنند تا در دوره تحصیلی ابتدایی (یعنی سنین ۷ تا ۱۱ سالگی)، با نمایش آزمایشهای ساده و جذاب و نیز انجام آزمایشهای بسیار ساده توسط دانش‌آموزان، آنها را به علوم تجربی علاقمند کنند. در دوره تحصیلی راهنمایی نیز باید روش های علمی به دانش آموزان آموخته شود؛ ولی از سنین ۱۴ و ۱۵ سالگی، ارتقای روش های علمی و دست یابی به سطوح بالاتر تفکر را هدف اصلی خود قرار دهند (نشاط پرور، ۱۳۹۱).

۲-۶-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های واقعی
دلایل زیادی وجود دارد که به نوعی بیان کننده اهمیت انجام فعالیتهای عملی در آموزش اثر بخش علوم می باشند. برخی از این دلایل عبارتند از:

• کسب مهارت های لازم: انجام فعالیتهای عملی به دانش آموز کمک می کند تا مهارتهای لازم برای یک دانشمند را کسب کند. این مهارتها عبارتند از: برنامه ریزی، مشاهده دقیق، اندازه گیری، ثبت دقیق و درست اطلاعات، نمایش شفاف و به دور از اغراق اطلاعات، ارائه صحیح نتایج و یافتن ارتباط منطقی بین متغیرها.

• درک بهتر حقایق و مفاهیم: پرداختن به فعالیتهای عملی سبب می شود تا دانش آموزان حقایق و مفاهیم علمی را بهتر درک نمایند.

• ایجاد تفکر: استفاده از فعالیتهای عملی سبب فعال شدن یادگیری شده و دانش آموزان را وادار می کند تا درباره اهداف فعالیت عملی فکر کنند. بنابراین با اجرای فعالیتهای عملی، به جای اینکه دانش آموزان در مقابل بارش یک طرفه اطلاعات از طرف معلم تسلیم شوند، به طور فعال در مبادله اطلاعات و تجربه با معلم شریک می شوند.

•   ایجاد درک واقعی از رویدادها: انجام فعالیتهای عملی سبب واقعی تر جلوه دادن حقایق علمی می شود.

• ایجاد هیجان: انجام فعالیتهای عملی به دروس علوم تجربی هیجان و علاقه بیشتری می بخشد.

• رشد مهارت های مورد نظر برنامه درسی: انجام فعالیتهای علمی سبب رشد مهارتهای مورد نظر برنامه درسی و اهداف آموزشی نظیر: رشد ارتباطهای علمی، رشد سواد علمی، و توانایی استفاده از فناوریهای اطلاعات و ارتباطات می شود.

۲-۶-۴ معایب استفاده از آزمایشگاه های واقعی
بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیتهای آزمایشگاهی مناسب استفاده شود ، اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارند که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای آزمایشگاهی در آموزش علوم استفاده نمایند.
به استناد پژوهش انجام گرفته اصفا (۱۳۸۵)، مشخص شده است که عوامل مختلفی سبب کم توجهی به آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی در مدارس شده اند.
چند مورد از مهمترین این عوامل مزاحم عبارتند از:

• کمبود امکانات، ابزار و وسایل آزمایشگاهی

• بی توجهی معلمان، مدیران و مسئولان نسبت به انجام آزمایش

• هزینه بردار بودن برخی آزمایش ها

• عدم امکان نمایش نتایج برخی آزمایش ها

• خطرناکی برخی آزمایش ها

ب) – تاریخچه فعالیت های آزمایشگاهی در ایران
نخستین فعالیت های آزمایشگاهی درس فیزیک در دارالفنون و به دست معلمان خارجی صورت گرفت. دکتر فوکاتی^[۵۲] ایتالیایی عملا درس فیزیک را با آزمایش توام کرد. او در سال ۱۲۶۸ تا ۱۲۷۹ ه . ق. به مدت ۱۱ سال در ایران بود و در سال ۱۲۷۳ ه . ق ./ ۱۲۳۵ ه. ش. برای تهیه لوازم آزمایشگاهی به فرانسه رفت. در این سفر، بسیاری از وسایل آزمایشگاهی را تهیه کرد و با خود به ایران آورد و آنها را به هنگام تدریس بکار می برد(معتمدی، ۱۳۸۶).
کرشش^[۵۳] اتریشی هم فیزیک و هم شیمی را با آزمایش به دانش آموزان می آموخت. شادروان احمد آرام، همواره دانش آموزان را به فعالیت های عملی وادرا می کرد و با نوشتن کتاب ” هدیه نو ” در سال ۱۳۰۴ ه. ش. آزمایش و آزمایشگاه را دوباره به راه انداخت. هدیه سال نو با عنوان مجموعه تجربیات فیزیکی و شیمیایی، نخستین کتاب آموزشی در کارهای آزمایشگاهی شامل آزمایشات فیزیک و شیمی است. دکتر حسابی در دارالمعلمین عالی، کار تدریس خود را با آزمایش آغاز کرد. دکتر حسابی در سال ۱۳۱۰ وسایل اولیه ساخت باتری و بکار انداختن نخستین گیرنده رادیو را به کمک دانشجویان خود از بازار تهران فراهم کرد و در یک فعالیت آزمایشگاهی باتری و رادیو ساخت. استاد اصغر نوروزیان در سال ۱۳۱۷ ه. ش. پس از رفتن به تبریز، آزمایشگاه دبیرستان فردوسی را راه انداخت. در دهه چهل، توجه به آزمایشگاه های مدارس و تاسیس آزمایشگاه مرکزی افزایش یافت. در سال های بعد از انقلاب توجه به آزمایش و آزمایشگاه افزایش یافت و کتاب آزمایشگاه مستقل، برای کلاس های دبیرستان تالیف و درس آزمایشگاه جداگانه در برنامه مدارس گنجانده شد (معتمدی،۱۳۸۶).
۲-۷ آزمایش مجازی
۲-۷-۱ مفهوم آزمایشگاه مجازی
آزمایشگاه مجازی محیطی است که با بهره گرفتن از نرم افزار مجازی و شبیه سازی شده دانش آموزان آزمایشات مختلف مربوطه را در محیطی کاملا بدون خطر و با دقت بالا انجام می دهند(فراهی، ۱۳۸۹).
۲-۷-۲ تاریخچه آزمایشگاه مجازی
الف) تاریخچه آزمایشگاه مجازی در جهان
در سال ۱۹۹۰ دانیل جویس از دانشگاه ویولینا یک آزمایشگاه برای آموزش از راه دور دروس علوم پایه راه اندازی نمود. در سال ۱۹۹۲ بلدرین و کومن طی تحقیقی کمبود درس آزمایشگاه مجازی را درacm/teee cURRICULUM 91 یادآور شدند. در سال ۱۹۹۹ پوتید کستر و هک طی مقاله ای تحت عنوان ” استفاده از اینترنت برای آموزش ” پیشنهاداتی برای ایجاد آزمایشگاه های مجازی تحت وب ارئه کرده و یک آزمایشگاه فیزیک مجازی را به عنوانdEMO ارئه نمودند. از سال ۲۰۰۰ مرکز بین المللی ort^[54] لیستی از دروس پایه مورد نیاز در علم کامپیوتر اعم از سخت افزار، نرم افزار ، زبانهای کامپیوتری، مباحث فن آوری اطلاعات و… را ارائه کرده است که در آن آزمایشگاه های مجازی برای هر رشته نیز به عنوان ملزومات دروسی مانندکنترل، مدارات منطقی و… ذکر شده است (شکری، ۱۳۸۹ نقل از رضوانی، ۱۳۹۳).
ب) تاریخچه آزمایشگاه مجازی در ایران
استفاده از آزمایشگاه مجازی در ایران سابقه طولانی ندارد. حدودا از سال ۱۳۸۰ نرم افزارهای آزمایشگاهی مجازی که از کشورهای دیگر وارد شده و بصورت زبان انگلیسی بود در برخی از دانشگاه ها مورد استفاده قرار گرفت. از سال ۱۳۸۲ با ورود نرم افزارآزمایشگاه مجازی CROCODILE CHEMISTRY که کاربرد آسان تری نسبت به نرم افزارهای قبلی داشت استفاده از فعالیت های آزمایشگاهی مجازی در درس شیمی گسترش بیشتری پیدا کرد. حدودا در سال ۱۳۸۸ با ترجمه نسخه این آزمایشگاه به زبان فارسی گسترش و کاربرد آن در مدارس توسعه یافت و از سال ۱۳۹۱ با ترجمه نرم افزار CROCODILE PHYSICS به فارسی و همچنین تولید نرم افزار آزمایشگاه مجازی رباتیک استفاده از آزمایشگاه های مجازی به طور چشمگیری رو به افزایش است.
۲-۷-۳ محاسن استفاده از آزمایشگاه های مجازی
فلسفه استفاده از آزمایشگاه مجازی می تواند شامل فواید بی شماری است که برخی از آن ها عبارتند از :

• عدم وجود خطرات آزمایش و آزمایشگاههای واقعی

• وجود همه نوع وسایل مورد نیاز

• هزینه کم و مقرون به صرفه بودن

• انجام آزمایش های که در محیط های عادی قابل انجام ورویت نیستند

• عدم نیاز به فضای آزمایشگاهی ( در محیط کلاس هوشمند)

• قابلت انجام در منزل

• ایجاد انگیزه و ایجاد ارتباط موثر با دانش اموزان عصر دیجیتال

• تنوع گسترده