張 雄，王 莉

(浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院跨境電子商務(wù)學(xué)院 科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310023)

2013年教育部《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，由此開(kāi)啟了我國(guó)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的研究之門(mén)。與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有諸多的優(yōu)勢(shì)，如：可以節(jié)省昂貴實(shí)驗(yàn)試劑及儀器設(shè)備采買(mǎi)的費(fèi)用，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室用地的開(kāi)支，尤其可以規(guī)避污染實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)降低危險(xiǎn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，有利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。但是與真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景相比，虛擬實(shí)驗(yàn)最大的弊端在于有些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與實(shí)際情況脫節(jié)，導(dǎo)致虛擬與現(xiàn)實(shí)的差別。依據(jù)我校在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐情況，在此闡述虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在我校基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的利與弊

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有利之處

化學(xué)學(xué)科的發(fā)展離不開(kāi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，無(wú)機(jī)、分析、有機(jī)及物化實(shí)驗(yàn)課程是我校應(yīng)用化學(xué)和科學(xué)教育專(zhuān)業(yè)要開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，由于學(xué)校地處杭州市小和山風(fēng)景區(qū)，對(duì)環(huán)保要求很高，凡是涉及到污染較大及危險(xiǎn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都難以開(kāi)設(shè)，為完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃有段時(shí)間不得以借用其它學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室來(lái)完成相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是有很大的利處的。

1.1 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)，提高基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率

目前實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方式通常采用“課前預(yù)習(xí)-課堂實(shí)驗(yàn)-課后報(bào)告” 的形式。為防止安全事故發(fā)生及高效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)是非常重要的。由于學(xué)生平時(shí)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)處于無(wú)人督促狀態(tài)，一些自律性較差的學(xué)生根本不預(yù)習(xí)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)處于被動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)，學(xué)生通常是看著教材被動(dòng)進(jìn)行操作，有時(shí)由于儀器數(shù)量不足，學(xué)生儀器缺乏實(shí)驗(yàn)草草收?qǐng)鲆矔r(shí)有發(fā)生，達(dá)不到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后，某些實(shí)驗(yàn)我們先讓學(xué)生通過(guò)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)和演練，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理及操作要領(lǐng)提前感知，實(shí)踐表明實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率得到充分地提高。

1.2 依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系，構(gòu)建以“虛”為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系

構(gòu)建的重要原則以實(shí)驗(yàn)儀器不足、有廢液及毒氣體排放和危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)引入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系為依據(jù)。各門(mén)基礎(chǔ)課程以此為引導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重新組合。例如無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中[Co(NH3)6]Cl3的制備實(shí)驗(yàn)要用到濃鹽酸，氨水等污染較大，組成分析實(shí)驗(yàn)儀器較多，所以引入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系來(lái)進(jìn)行。改進(jìn)后，可以完成正常的教學(xué)計(jì)劃，同時(shí)也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。這樣的改革，有利于降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念。

1.3 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行考核

學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。教學(xué)由實(shí)驗(yàn)考核、師生互動(dòng)的課堂討論環(huán)節(jié)進(jìn)行。在完整的操作步驟提示下，學(xué)生進(jìn)入虛擬考核操作模式，教師可以及時(shí)獲得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。及時(shí)了解到實(shí)驗(yàn)情況，及時(shí)掌握學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有效與參與實(shí)驗(yàn)的所有學(xué)生互動(dòng)，共同討論問(wèn)題。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)討論的積極性和主動(dòng)性，有效培育學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中的弊端

我校引入的虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳笆怯蓛煞N方式展示，一種是按標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，以?shí)驗(yàn)操作模塊的方式構(gòu)架實(shí)驗(yàn)的每個(gè)單元，學(xué)生按照提示只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)可以輕松快捷地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程需按照預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)好的程序來(lái)完成，如果違反就難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另一種是在實(shí)驗(yàn)原理操作示范模板的提示下，學(xué)生自己按照需求構(gòu)建自己的實(shí)驗(yàn)裝置，自主完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，但存在儀器實(shí)驗(yàn)要求對(duì)接與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)的矛盾，設(shè)計(jì)將教學(xué)設(shè)計(jì)、流程等進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成系統(tǒng)化、規(guī)范化“虛-實(shí)”互動(dòng)的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。因此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在如下弊端。

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程與真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在差異

在虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)中，所有的實(shí)驗(yàn)單元展示都是理想狀態(tài)的，真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備、試劑規(guī)格等的影響，有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程是可以變化的。例如我們分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)鉛、鉍混合液連續(xù)滴定的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)是以理想的實(shí)驗(yàn)單元環(huán)節(jié)通過(guò)鼠標(biāo)操作來(lái)完成的，程序是設(shè)定好的，一步都不差，學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，只需耗時(shí)半小時(shí)，而在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)的多，如存在滴定管等儀器的調(diào)試等，還有就是存在試劑的問(wèn)題等有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程等都是可變的。如果所有實(shí)驗(yàn)都以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)替代，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)真實(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知欠缺，導(dǎo)致學(xué)生在未來(lái)化學(xué)職業(yè)生涯中，由于缺乏真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)際工作產(chǎn)生不利影響。

2.2 虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器存在差異

與真實(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)是完全程序化的。在虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景里，如果學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作每按設(shè)定程序進(jìn)行時(shí)，會(huì)有提示窗口彈出，指出實(shí)驗(yàn)操作中存在的錯(cuò)誤。真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，學(xué)生首先要掌握實(shí)驗(yàn)中要用到的各種儀器的規(guī)范操作和使用方法，比如說(shuō)滴定管洗滌及規(guī)范操作操作方法等。如果我們完全依賴虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)完成基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將來(lái)學(xué)生腦海里只有虛擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中反而存在陌生感，面對(duì)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器，不會(huì)使用，不利于以后自行進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)實(shí)施及成果展示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)我校在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐，我們真實(shí)地體會(huì)到了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的有利之處，同時(shí)也深切感受到了虛擬實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的弊端。為了更好地搞好基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，未來(lái)我們會(huì)以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)有效提高我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，相信隨著虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展和完善，虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)有更多的優(yōu)勢(shì)讓我們共享，在虛-實(shí)交互的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，會(huì)培養(yǎng)出更多符合未來(lái)社會(huì)需求的化學(xué)人才，使我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革更上一個(gè)臺(tái)階。