祁文靜，胡萍萍

(1.重慶師范大學 化學學院,重慶 401331；2.重慶大學 藥學院，重慶 401331)

1 引言

虛擬仿真技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域中有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)，它綜合集成了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)等多個高新技術(shù)領(lǐng)域的知識[1～3]。

2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在實驗教學中的意義

化學是一門實驗性的學科。理論知識與實驗知識結(jié)合起來，才能將化學學好。正是因為實驗知識的重要性，化學實驗教學一直是高等院校學生的重要環(huán)節(jié)，因而很多高校內(nèi)化學及其相關(guān)專業(yè)的化學實驗課都是獨立開設(shè)的一門課程，讓學生有充分的時間學習到實驗操作技能和基礎(chǔ)知識。然而，傳統(tǒng)的實驗教學實施過程中存在著一些制約，如：課時數(shù)不夠長，實驗室空間不足，出于實驗安全考慮，每個獨立的實驗班學生人數(shù)不能安排太多，實驗設(shè)備的套數(shù)也安排不了很多，并且更重要的是化學試劑通常易燃易爆，有時候還需要高溫、高壓、通風櫥等苛刻條件，這些因素都在一定程度上限制了化學實驗的展開。這個情形下很多學校都只能開設(shè)一些經(jīng)典、時間短、安全性高、驗證性的實驗給學生做。而這種實驗內(nèi)容通常陳舊，與化學科研發(fā)展的現(xiàn)狀脫節(jié)，很多本科生在繼續(xù)深造時發(fā)現(xiàn)掌握的實驗技能遠遠不夠。因此實驗課安排的現(xiàn)狀存在問題，需要解決。

近年來，虛擬仿真技術(shù)作為一門新技術(shù)應(yīng)運而生。與化學這門學科相結(jié)合，虛擬仿真實驗技術(shù)可以將化學實驗通過計算機虛擬來完成的一門新興技術(shù)，利用計算機上各種虛擬的儀器設(shè)備取代傳統(tǒng)的實驗儀器，依照實驗?zāi)康?、要求與過程組裝成一個完整實驗系統(tǒng)來完成整個實驗，還可以進一步改變實驗條件和對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理[4]。 虛擬仿真實驗技術(shù)有如下優(yōu)點：①很好地將復(fù)雜的操作和枯燥的原理通過豐富多彩的圖片和視頻展示出來，在保證化學知識準確的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了趣味性實驗教學，更大程度上激發(fā)學生的學習化學實驗的興趣，從而大大提高實驗教學的課堂效率[5]。 ②在實驗課正常上課之前，可以提前對欲做實驗進行模擬，在講授實驗原理的同時，既可以給學生展示這節(jié)課的實驗操作過程，以及實驗過程中可能存在的安全隱患，這樣既充分保證了實驗的安全性，同時又可以讓實驗過程不順利的學生再次通過仿真模擬反復(fù)練習，進一步鞏固實驗知識和技能，大大提高實驗的課題效果。③可以實現(xiàn)網(wǎng)上實驗教學、模擬實驗教學、遠程實驗教學等課外知識的補充，特別是某些與化學科學研究密切相關(guān)的研究性的實驗內(nèi)容，在本科教學過程中難以開設(shè)，有了虛擬仿真實驗技術(shù)，學生們將有能力有渠道攝入更深入的化學實驗內(nèi)容，可以做到本科教學與科研并軌，為其日后進一步深造做好鋪墊[6]。

正是基于這些原因，國內(nèi)很多高校都在講虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在高校是化學實驗教學中。重慶師范大學也引入了這項新技術(shù)，希望使化學實驗效果更優(yōu)，學生能夠更好地掌握實驗知識和技能。

3 虛擬仿真實驗平臺幾種實驗教學模式

3.1 基礎(chǔ)類的實驗教學模式

在基礎(chǔ)類的化學實驗教學中，大多數(shù)實驗內(nèi)容為驗證性的實驗。這些驗證性的實驗通常是在大一和大二的時候開設(shè)。大一大二的學生對傳統(tǒng)化學實驗并不太了解，再加上實驗室空間和時間等因素的限制，導致傳統(tǒng)的實驗課程往往實驗內(nèi)容過于簡單，進程緩慢，學生課前預(yù)習、復(fù)習的積極性并不是高，學習連貫性不足。基于這個現(xiàn)實情況，虛擬仿真實驗技術(shù)可以起到很好的指導作用。虛擬仿真實驗軟件可以提前裝在學生的電腦和虛擬仿真實驗室電腦里，學生可以隨時隨地打開使用。在教師的指導下，學生可以自由地進行實驗學習模擬學習，體驗下理論課堂上講的原理和實驗過程中是否相符合，理論指導實驗，實驗來驗證理論，相輔相成，學習效果更好。同時，在有限的時間內(nèi)實驗失敗了的情況下，學生可以嘗試再來一次，或者反復(fù)試驗?zāi)骋粋€實驗，實驗過程安全可靠，符合大一大二初學者的特點。此外，通過虛擬仿真實驗軟件，學生已經(jīng)對實驗有了一個比較完整的概念，這樣在實際做到實驗的時候，學生都能親自動手做實驗，觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，驗證實驗公式或原理等。通過這種在線平臺的學習模式，使學生對理論知識有了更深入的理解；通過這種平臺的實驗?zāi)Ｊ?，使學生在實驗過程中格外注意某些實驗操作，提高了本科實驗教學的安全性；通過這種在線學習模式，大大激發(fā)了學生的學習興趣。

3.2 能力提升類的綜合性實驗教學模式

在化學實驗教學中，時常會有一些綜合性的實驗。綜合性的實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學習觀察問題、分析問題和解決問題的能力，是化學實驗教學的重要環(huán)節(jié)。與基礎(chǔ)類的驗證性實驗不同的是，綜合性實驗是理論與實踐綜合的結(jié)果，學生能獲得比較全面的實驗技能，能夠大大提升其綜合素質(zhì)。然而受傳統(tǒng)實驗教學模式的影響，綜合性實驗通常耗時，占用大量的實驗設(shè)備和資源，能夠同時上實驗課的學生人數(shù)不能太多，導致實驗課時數(shù)不能滿足綜合實驗的要求，并且老師需要精挑細選可以滿足本科實驗教學的實驗。有了虛擬仿真實驗這個平臺，這些問題可以得到有效解決。很多綜合性的實驗都可以被選擇進來，老師可以通過預(yù)先設(shè)置，把整個綜合實驗的過程輸入到軟件內(nèi)，一些耗時、站空間、危險的綜合性實驗就可以應(yīng)用在本科實驗教學中，通過實驗?zāi)M，可以讓學生掌握到整個實驗的開設(shè)目的，試驗前期準確、試驗預(yù)處理等，這樣學生可以比較系統(tǒng)地掌握這個實驗的全過程，而不是像傳統(tǒng)的綜合性實驗?zāi)菢?，學生主要局限于實驗后期操作部分。這種方式，培養(yǎng)了學生設(shè)計實驗過程的能力，大大提高了學生的創(chuàng)新意識、實踐能力和綜合素質(zhì)。

3.3 基于化學領(lǐng)域研究熱點的科研型實驗教學模式

傳統(tǒng)的實驗教學中，大量化學領(lǐng)域的研究熱點知識和實驗材料、實驗儀器、實驗技巧應(yīng)用不到本科教學工作中。有了虛擬仿真實驗平臺，化學領(lǐng)域比較前沿的科研成果和知識可以應(yīng)用進來，可以開設(shè)一些科研型的實驗課程，讓本科生充分接觸到化學領(lǐng)域的熱點內(nèi)容，能夠接觸到或者真正用到納米材料等新材料，掌握新的儀器分析方法，了解到我們生活中很多的現(xiàn)象都是得益于化學這個學科的飛速發(fā)展，從而讓學生對化學領(lǐng)域的現(xiàn)狀有了了解，對生活的遇到的事物或者現(xiàn)象有了深層的理解，讓他們充分體會到學有所用，極大加深了他們對化學學科的熱愛，從而也為后續(xù)化學研究培養(yǎng)了后續(xù)儲備人才。

4 結(jié)論

虛擬仿真實驗?zāi)軌蚪鉀Q傳統(tǒng)化學實驗教學中面臨的諸多問題，提高實驗室利用效率?？梢越ㄔO(shè)通過3個化學實驗教學模式，提高本科實驗教學的安全性，激發(fā)了學生的學習興趣；提高學生的創(chuàng)新意識、實踐能力和綜合素質(zhì)，加深學生對化學熱點領(lǐng)域的了解，提高他們對化學學科的熱愛，從而為社會培養(yǎng)高質(zhì)量、創(chuàng)新型的化學人才。