虚拟仿真技术在化学实验教学中的应用

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　　【摘要】依据化学实验课程的特点和要求，在实验教学过程中引入虚拟仿真技术。通过理论分析和教学实践，探索出虚拟仿真技术在化学实验教学中的最佳应用办法，解决了传统实验教学中面临的诸多现实问题，加深了学生对化学理论知识的理解，促进了创新人才的培养，实现了化学实验教学的资源优化和操作简洁化。
　　【关键词】虚拟仿真技术，化学实验，教学改革
　　化学是一门实验课很强的学科，传统的化学实验课中教师要花费大量的时间向学生讲解实验原理、操作步骤和注意事项，学生实验技能训练时间有限，很难在规定的时间完成既定的目标，开设的实验内容多限于验证性实验和模仿训练，缺乏创新性实验。实验仪器投资大，维护复杂，实验过程中许多有毒、有害物质造成环境污染日益显现等。虚拟仿真实验教学技术正是因此应运而生的新型辅助教学手段，是对传统教学模式的补充和完善，解决了实验教学中传统的教育思想、教学方法和教学手段存在的问题。已逐渐成为化学实验教学资源中不可缺少的部分，为化学学科发展开辟了一个全新的领域。
　　一、虚拟仿真实验的优越性
　　虚拟仿真实验是利用计算机上各种虚拟的仪器设备取代传统的实验仪器，依照实验目的、要求与过程组装成一个完整的实验系统来完成实验的，聚合了教、学、练、考、管、评等完备的教学功能，具备高仿真性、安全性、专业性和效率高的特点。与传统实验相比，虚拟仿真实验在化学实验教学中强大优越性体现在：（1）有助于转变现有的以教师为主导的单一实验教学模式。（2）避免了实验带来的风险，无安全隐患，保证了学生实验中的人身安全。（3）不受空间和实验时间的限制，可以随时随地的在高度自主性和交互性的虚拟环境中完成化学实验教学任务，具有很大的开放性和较强的扩展性。（4）功能齐全，使用方便，容易实现技术更新，展现了化学实验教学的科学化、系统化及现代化。（5）实验成本较低，无需药品和消耗器材，尤其是那些在极端的或毒性较高的有害环境下进行的操作以及耗时耗力的大型的或综合性复杂场景，虚拟仿真实验优势更为明显，更利于环境保护，体现绿色化教学。（6）能够体现教、学的互动性，将抽象、深奥的学习内容具体化、形象化。学生可以任意完成各种预定的实验项目，学习和训练效果等同于真实的实验室教学。（7）为远程化学实验教学及培训提供途径，改善了网络大学实验教学条件等。可见加强虚拟仿真优质实验教学资源的建设对现代高校化学实验教学而言意义重大。
　　二、开展虚拟仿真实验，实施化学实验教学改革实践
　　（一）理论和实践融合创新，构建虚拟仿真教学模式
　　任课教师结合课程内容和目标，借助虚拟实验平台，通过实验辅助理论的教学模式，使学生更容易理解和掌握所学知识。如，有机化学中原子轨道杂化、原子顺序重组、空间结构变化等化合物性质的实验教学很难描述其微观变化。借助虚拟仿真教学技术就可以把反应活性中心的原子变化、基团进攻时间先后顺序等反应过程详细的演示清楚，形象生动准确。又如，次氯酸见光分解实验，真实环境中分解速度慢，很难观察到气泡产生和氯水颜色变化，在虚拟环境中学生可以集中精力研究实验现象本身的特性和规律。还有滴定过程中突变范围的出现、丝朊—聚丙烯睛系接枝共聚物的制备、无机粉体（CaC03）的聚合物胶囊化改性、合成氨操作等实验，使用虚拟仿真技术，实验现象更简单、直接，有说服力，教学效果更显著。
　　（二）正确安排虚拟仿真实验与常规实验的关系，扬长避短，合理安排两者比例，充分发挥虚拟仿真技术教学的优势
　　虚拟仿真实验和常规实验，两者要合理安排、取长补短。对具有代表性的基本操作实验采用常规实验，对安全性低、毒性大和反应时间长的实验采用虚拟仿真实验。二者相辅相成，既有真实的动手操作练习，又有灵活可靠的虚拟实验教学环境，使学生真正掌握实验知识，达到虚拟仿真实验教学的真正目的。
　　（三）提供了开放式實验环境，为学生大型实验提供条件，真正实现实验室随时随地向学生长期开发
　　学生是课堂的主体，在教学过程中更应该考虑学生的需求，打造出最适合的教学环境。采用虚拟仿真实验教学可以呈现操作性好、真实感强和直观精确的实验场景，可以为学生搭建规模宏大的实验平台，比传统的实验室开出更多的大型、复杂的实验项目，让学生在任何地方都能完成实验任务，促进学生的学习自主性，使他们获得扎实的实验操作技能。提高学生对科学实验的理解，启发他们的创造性思维，增强科学研究的意识。
　　（四）利用虚拟仿真实践教学，缓解现实实践教学资源不足问题，实现教学资源的高效利用和广泛共享
　　利用虚拟仿真实践教学，全部或部分取代高成本、高危险的生产现场实习。通过虚拟仿真教学软件的演示和操作，让学生了解企业的化工生产流程、重点设备及关键的工艺参数，熟练掌握各种大型仪器操作要领，在仿真的生产场景中安全高效的开展实践实训活动。学校不用购置大规模实验设备，缓解了学校实践教学资源不足问题，有效地提高教学质量，推进高校现代教育技术的快速发展，加快高校化学实验教学改革和教育信息化的进程。
　　三、结束语
　　通过在化学实验教学中合理应用虚拟仿真技术，为学校节省了教学资源，丰富了化学实验教学内容，增强了学生对化学理论知识的理解，激发了学生的创造力，提高了教学质量和教学效率。虚拟仿真教学模式引入实验教学已经成为了高校实验教学改革的一个新方向、新趋势，其巨大的教学作用也符合新课改的实验要求。相信虚拟仿真技术将在高校化学实验教学中发挥更大的作用。
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