肖微

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是激發(fā)學(xué)生探索欲望、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。近年來，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的領(lǐng)域也越來越多地出現(xiàn)了技術(shù)的影子，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一系列優(yōu)點(diǎn)可以為學(xué)習(xí)者提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和平臺(tái)，因此虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種輔助教學(xué)的手段在初學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介

在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，存在著實(shí)驗(yàn)步驟完成困難、成本過高、危險(xiǎn)過大，為了講清楚實(shí)驗(yàn)原理或現(xiàn)象，需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)或隨時(shí)隨地做演示實(shí)驗(yàn)等問題。

為了能夠有效解決實(shí)驗(yàn)中的問題，我們開發(fā)了東師理想初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)包括虛擬演示實(shí)驗(yàn)、虛擬探究實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)儀器介紹等。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由7個(gè)部分組成，分別有不同的功能：

（1）編輯工具：主要功能是可以根據(jù)教學(xué)需要將化學(xué)教學(xué)過程中所涉及的各類圖形、文字、音視頻、符號(hào)、圖表等集成在所編輯的文件中形成課件，并將課件保存或?qū)С銎脚_(tái)使用。（2）素材庫：主要功能是提供給用戶所需的各種圖片、視頻、動(dòng)畫、音頻、文本等素材，用戶可以自由控制各種素材，以備實(shí)驗(yàn)之用。（3）同步實(shí)驗(yàn)：主要功能是設(shè)置與課本中同步的實(shí)驗(yàn)操作，平臺(tái)中所有的同步實(shí)驗(yàn)都是按照書本中的要求做的同步實(shí)驗(yàn)，而且是模擬實(shí)驗(yàn)，模擬操作和實(shí)際操作基本相同。目的是給予教師和學(xué)生指導(dǎo)。（4）構(gòu)建工具：主要功能是用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，這里有設(shè)計(jì)好的素材庫，用戶只需將素材按照知識(shí)庫的要求組裝起來，就可以構(gòu)建一套用戶需要的實(shí)驗(yàn)裝置。整個(gè)構(gòu)建過程方便快捷。（5）輔助工具：主要功能是提供給用戶所需的輔助工具，如化學(xué)計(jì)算器、元素周期表、分子模型等工具，以備在實(shí)驗(yàn)中輔助之用。（6）仿真工具：主要功能是根據(jù)屬性設(shè)置，按照實(shí)驗(yàn)規(guī)律，自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)工具，由于是仿真工具，因此具有和實(shí)際操作中使用的實(shí)驗(yàn)工具完全一樣的功能。（7）交互實(shí)驗(yàn)：用戶可以登錄該平臺(tái)，一同進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作，這是遠(yuǎn)程交互實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)。因?yàn)橹挥性诰W(wǎng)絡(luò)上連接到該平臺(tái)，才能真正實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的交互。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有效解決了常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下難以解決的困難和問題；涵蓋了主流版本教材中所有演示和分組實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)；提供能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求控制實(shí)驗(yàn)步驟的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境；在協(xié)同虛擬環(huán)境技術(shù)下，可實(shí)現(xiàn)合作實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、協(xié)同研究。[1]同時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作特別簡單，只需要按照實(shí)驗(yàn)步驟一步步點(diǎn)擊鼠標(biāo)。舉個(gè)例子：進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后依次點(diǎn)擊菜單欄——同步實(shí)驗(yàn)——演示實(shí)驗(yàn)——九年級(jí)上冊(cè)——分解過氧化氫制備氧氣演示實(shí)驗(yàn)，我們就會(huì)看到實(shí)驗(yàn)演示內(nèi)容。

根據(jù)新課程改革需要，信息技術(shù)與初中化學(xué)教學(xué)進(jìn)行整合是必然趨勢(shì)，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要合理使用，才能發(fā)揮其最佳效果[2]。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)感知實(shí)驗(yàn)的支撐

初中化學(xué)教材中感知實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察增進(jìn)感性認(rèn)識(shí)，以便學(xué)習(xí)并牢固掌握元素及其化合物的基礎(chǔ)知識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了化學(xué)儀器、藥品及實(shí)驗(yàn)裝置展示工具，常見化學(xué)反應(yīng)方程式、電子式、結(jié)構(gòu)式、元素符號(hào)及相應(yīng)的編輯工具，三維可交互展示平臺(tái)等實(shí)用工具。這些工具有效支撐了化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理不易理解、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以反復(fù)演示以及實(shí)驗(yàn)微觀現(xiàn)象無法展現(xiàn)等缺憾，充分滿足了學(xué)生獲得足夠的直觀感性認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)探索實(shí)驗(yàn)的支撐

探索實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探索化學(xué)原理，揭示其本質(zhì)和規(guī)律。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生會(huì)有想嘗試探究另外一種實(shí)驗(yàn)方法是否能達(dá)到共同實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡男睦?，以及在?shí)驗(yàn)過程中學(xué)生難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，這樣在實(shí)驗(yàn)過程中就有可能帶來危險(xiǎn)；或者因一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品稀少、成本過高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專門提供了探究實(shí)驗(yàn)?zāi)K，教師通過平臺(tái)給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生可以在平臺(tái)中動(dòng)手進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，既節(jié)省時(shí)間，又幫助學(xué)校節(jié)約教學(xué)資源，而且也滿足了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的需求。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)既保證了實(shí)驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練了學(xué)生思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的方法和態(tài)度。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的支撐

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是驗(yàn)證物質(zhì)的性質(zhì)或給理論提供事實(shí)依據(jù)。但是，如果實(shí)驗(yàn)所包含的基本原理不易拓展到實(shí)際生活中，或者這種實(shí)驗(yàn)因步驟完成困難、周期過長等無法完成，然而在教學(xué)過程中我們卻需要這樣的實(shí)驗(yàn)過程來驗(yàn)證相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理。這時(shí)我們可以設(shè)想多種實(shí)驗(yàn)結(jié)論，利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)方案一一進(jìn)行驗(yàn)證，這樣既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，訓(xùn)練了學(xué)生發(fā)散思維能力。同時(shí)避免了實(shí)驗(yàn)中帶來的高風(fēng)險(xiǎn)，又能夠避免實(shí)驗(yàn)可能造成的消耗成本過高等問題。

例如，課堂上在講述實(shí)驗(yàn)的過程中需要警示學(xué)生試管炸裂的危害，可我們又不能特意去破壞實(shí)驗(yàn)裝置，這時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中“實(shí)驗(yàn)裝置”這一模塊就可以演示試管在加熱時(shí)外壁有水、沒有預(yù)熱直接對(duì)準(zhǔn)藥品加熱等不正確的操作導(dǎo)致試管炸裂。還有我們學(xué)習(xí)酸雨危害這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，是無法通過現(xiàn)場試驗(yàn)去當(dāng)場驗(yàn)證酸雨的危害到底有多大，但是虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中“探究實(shí)驗(yàn)”就可以模擬翠綠的樹木在遭受人為破壞變成沙漠的整個(gè)流程，從視覺感官去教育學(xué)生要保護(hù)環(huán)境、熱愛大自然，升華到德育情感教育。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的支撐

訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是訓(xùn)練學(xué)生掌握基本儀器的性能、使用方法及使用注意事項(xiàng)，掌握化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)操作方法和技能。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中可能為了講清楚實(shí)驗(yàn)原理或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不明顯，則需要反復(fù)或隨時(shí)隨地的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，這樣就造成了資源的浪費(fèi)。使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就可以幫助初中生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中重復(fù)練習(xí)、鞏固和規(guī)范操作步驟等方面突破限制。

盡量實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生都動(dòng)手去做，爭取形成多次練習(xí)，而且平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟要求嚴(yán)格，只有當(dāng)前操作正確時(shí)才能進(jìn)行下一步操作，從而使學(xué)生逐步達(dá)到操作正確、規(guī)范、熟練。這樣既訓(xùn)練了學(xué)生的操作技能，又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中有“演示實(shí)驗(yàn)”這一模塊，包含了初中化學(xué)所有實(shí)驗(yàn)的“操作”和“演示”環(huán)節(jié)。有一些實(shí)驗(yàn)室無法完成的實(shí)驗(yàn)，或者學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望時(shí)，這里有無數(shù)的探索空間，可以讓學(xué)生盡情的嘗試化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)所帶來的樂趣。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)的支撐

初中化學(xué)教材中活動(dòng)實(shí)驗(yàn)包括：家庭小實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)習(xí)題以及教師布置的課后“動(dòng)手做”?；顒?dòng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能解決化學(xué)實(shí)際問題的能力。教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和技能設(shè)計(jì)出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，并讓學(xué)生自己利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行操作，觀察現(xiàn)象、做好記錄，通過分析得出結(jié)論，同時(shí)對(duì)學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)加以評(píng)定，肯定創(chuàng)新，指出不足。虛擬平臺(tái)不僅為我們節(jié)省了教學(xué)資源，同時(shí)也培養(yǎng)了他們進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新的能力[3]。

工欲善其事，必先利其器。正確看待虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)中所起到的輔助作用。萬萬不要把優(yōu)勢(shì)變成劣勢(shì)，從而犯了畫蛇添足的錯(cuò)誤；更不能將教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)棄而不顧，胡亂使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)際的教學(xué)過程中，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體，是學(xué)習(xí)的真正主人，而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只是通向掌握知識(shí)的一座橋梁。

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