劉穎

江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)蓮花學(xué)校 江蘇蘇州 215123

突破傳統(tǒng) 打造仿真實驗這柄利器

劉穎

江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)蓮花學(xué)校 江蘇蘇州 215123

化學(xué)實驗作為激發(fā)學(xué)生興趣、啟發(fā)學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生能力的一種重要手段，始終是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的化學(xué)實驗由于其本身的危險性、耗能性、可操作性等問題，在課堂教學(xué)的利用中始終有著一定的局限。而仿真實驗的出現(xiàn)，無疑能夠?qū)鹘y(tǒng)化學(xué)的種種問題進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕鉀Q，也使得化學(xué)教學(xué)得以沖出瓶頸，得到新的發(fā)展，成為化學(xué)教學(xué)改進(jìn)的一柄利器。

1 仿真實驗的靈活性能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)調(diào)控能力

在傳統(tǒng)實驗中，要改變一個反應(yīng)的條件，就需要進(jìn)行一個相關(guān)的對比實驗，而在此基礎(chǔ)上，就要準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的實驗儀器和藥品等。如九年級化學(xué)教材中過氧化氫制取氧氣的實驗，可設(shè)計的對比實驗包括反應(yīng)的溫度、過氧化氫的濃度、催化劑的種類、催化劑的質(zhì)量等多個實驗，此時若進(jìn)行傳統(tǒng)實驗，則需耗費的藥品、儀器、時間等相當(dāng)于一個大工程勞作。因此在教學(xué)過程中，受到種種條件的限制下，許多對比實驗就停留在課堂講解的范疇而不能落在實處。

而仿真實驗的靈活性主要表現(xiàn)為：在虛擬實驗的過程中，學(xué)生能方便地改變事物的條件并觀察在條件變化過程中所發(fā)生的變化，這樣既有利于學(xué)生獲取豐富的感性認(rèn)識，便于學(xué)生根據(jù)自己的假設(shè)分析實驗數(shù)據(jù)，更能針對學(xué)生的實驗過程，刺激學(xué)生探究實驗的結(jié)果，從而體驗知識的發(fā)現(xiàn)過程，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問題與尋求解決問題的興趣。

2 仿真實驗的直觀性便于突破微觀化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)變化的微觀變化過程，往往是學(xué)生突破化學(xué)學(xué)習(xí)的一大難點。如在教學(xué)中通過觀察酚酞的顏色變化推斷出微粒在不斷運(yùn)動，但是對于學(xué)習(xí)成績居于中下等的學(xué)生而言，由于其空間想象能力的匱乏，他們不能想象出微粒運(yùn)動的過程和狀態(tài)變化，因此只是簡單記憶，認(rèn)為微粒在不斷運(yùn)動。同理，在酸堿鹽的教學(xué)過程中，需要通過大量的化學(xué)實驗認(rèn)識酸、堿、鹽之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，而從微觀角度認(rèn)識該反應(yīng)的實質(zhì)又是教學(xué)的一大難點。

仿真實驗的直觀性則可以很好地解決這個問題。如在虛擬實驗室中進(jìn)行化學(xué)實驗，學(xué)生將采集到的一個氧原子和兩個氫原子結(jié)合在一起，眼前就會出現(xiàn)一個網(wǎng)狀的水球，這就是他自己創(chuàng)造的水分子。在氫氧化鈉和稀鹽酸的反應(yīng)過程中，學(xué)生在傳統(tǒng)實驗過程中觀察到指示劑顏色的變化，對于酸堿中和反應(yīng)有了宏觀的認(rèn)識。而利用仿真實驗制作的Flash動畫，可以展示出氫氧化鈉和稀鹽酸反應(yīng)時氫離子和氫氧根離子結(jié)合為水分子的過程，對于酸堿中和反應(yīng)的概念也就理解得更加深刻。

3 仿真實驗的數(shù)據(jù)性有利于增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知能力

在新時代的背景下，化學(xué)試題的方向越來越趨近于真實實驗、實際數(shù)據(jù)的計算，而定量的變化往往是化學(xué)實驗中比較難控制和描繪的畫面。如在稀鹽酸和石灰石制取二氧化碳的實驗中，學(xué)生可以通過產(chǎn)生大量的氣泡認(rèn)識到反應(yīng)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，但是二氧化碳?xì)怏w的生成與時間之間是否是一條直線？還是一條先平緩后陡直再平緩的曲線呢？由于實驗的局限性，只能通過教師的講解抽象地理解變化的過程，而在學(xué)生頭腦中難以形成印象，更逞論自行認(rèn)知了!

在虛擬實驗室中，學(xué)生就可以很輕松地解決數(shù)據(jù)問題。如學(xué)生可以通過輸入各種參數(shù)，形象化地控制整個實驗進(jìn)程。在制取二氧化碳實驗過程中，電腦會自動根據(jù)測定的二氧化碳的質(zhì)量與時間的關(guān)系，在坐標(biāo)軸中形成相應(yīng)的曲線，便于在實驗中直觀地呈現(xiàn)不同的實驗結(jié)果，對于提高學(xué)生的認(rèn)知能力、增強(qiáng)教學(xué)效果起到極強(qiáng)的促進(jìn)作用。

4 仿真實驗的虛擬性更符合綠色環(huán)保和安全意識

傳統(tǒng)實驗中，硫的燃燒、一氧化碳還原氧化鐵等實驗往往對環(huán)境有著一定程度的污染，這是很難解決的問題；而一些實驗如氫氣的爆炸等存在一定的危險，更是限制了一定情況下該實驗的執(zhí)行情況。

仿真實驗在一定程度上可以緩解這些情況帶來的危害。如在虛擬實驗室中完成的高錳酸鉀制氧氣的實驗中，學(xué)生可以親自體會先熄滅酒精燈帶來的后果，而不必?fù)?dān)心玻璃炸裂帶來的物品損耗和炸裂危險。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以放心地去做一些有毒性、破壞性、綜合性和研究性的實驗，既可免除這類化學(xué)反應(yīng)帶來的環(huán)境危害，又可以避免失誤帶來的破壞性。更值得注意的是，它將平時只能紙上談兵的錯誤后果真實地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，而這種經(jīng)驗會遷移到學(xué)生的實際生活實踐中，也增強(qiáng)了實驗教學(xué)的效果。

綜上所述，仿真實驗在教學(xué)中具有很多傳統(tǒng)實驗不可比擬的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增進(jìn)仿真實驗，是對實驗教學(xué)的改進(jìn)，是對化學(xué)教學(xué)的推動。隨著仿真實驗計算的不斷向前發(fā)展，化學(xué)教學(xué)也將不斷改進(jìn)、不斷提高。

10.3969 /j.issn.16 71-489X.2012.21.119