王 蓉，韋慶敏，覃利琴，覃其品

（玉林師范學(xué)院 化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院，廣西玉林 537000）

無機(jī)化學(xué)是化學(xué)學(xué)科最古老的分支，是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，是其他化學(xué)科目的基礎(chǔ)課程，學(xué)好無機(jī)化學(xué)才能更好地掌握其他化學(xué)課程。而實(shí)驗(yàn)課程是理論課程的一種延續(xù)和補(bǔ)充，是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的一個(gè)應(yīng)用理解及動(dòng)手能力的訓(xùn)練，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，以及創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的重要過程[1]。因此，實(shí)驗(yàn)課程與理論課程同等重要，兩者相輔相成。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論課程的知識(shí)緊密相連，是無機(jī)化學(xué)課程的重要組成部分，該課程基本上是學(xué)生入學(xué)后所接觸的第一門實(shí)驗(yàn)課程，主要鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)操作，為后續(xù)其他課程奠定基礎(chǔ)。然而隨著科技水平的進(jìn)步，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)的要求，也不符合當(dāng)下學(xué)生的學(xué)情。因此對(duì)新的教學(xué)理念及教學(xué)方法也在不斷進(jìn)行探索和革新，引進(jìn)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段具有重要的意義[2]。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，普遍存在以下幾個(gè)問題：

1）重理論輕實(shí)驗(yàn)[3]。這種現(xiàn)象在大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)課程中都存在。不管是教師還是學(xué)生，都覺得理論課程比實(shí)驗(yàn)課程重要。對(duì)于教師，大部分教師認(rèn)為學(xué)好理論知識(shí)才是硬道理，實(shí)驗(yàn)課程只是理論知識(shí)的驗(yàn)證過程，實(shí)驗(yàn)是次要的，因此備課和教學(xué)時(shí)更多地把精力傾注到理論課程中，且在成績?cè)u(píng)價(jià)方面，實(shí)驗(yàn)課程的考核評(píng)定方式也比較隨意，通過率較高。對(duì)于學(xué)生，一方面由于實(shí)驗(yàn)儀器及試劑的限制，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中多是以小組進(jìn)行，導(dǎo)致部分學(xué)生濫竽充數(shù)、渾水摸魚，像一個(gè)圍觀者一般，基本不參與到實(shí)驗(yàn)中；另一方面由于教師在實(shí)驗(yàn)課程的最終考核中要求較低，通過率高，自然導(dǎo)致學(xué)生的重視度降低。

2）教學(xué)模式守舊。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大部分的教師還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即老師一人在黑板把實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程、注意事項(xiàng)和數(shù)據(jù)原理講一遍，之后給所有學(xué)生進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)操作演示，最后學(xué)生分小組自行完成實(shí)驗(yàn)操作。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式教師為主導(dǎo)，學(xué)生為輔，教師基本是憑自己有限的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡單重復(fù)的教學(xué)實(shí)踐，在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的過程中只重視對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練，而不注重對(duì)其思維能力和思維習(xí)慣的培養(yǎng)[4]。而長期以如此傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低，主動(dòng)性和積極性差，最終的教學(xué)效果并不好。

3）實(shí)驗(yàn)課堂混亂[5]。實(shí)驗(yàn)課堂基本是以小組為單位，導(dǎo)致有部分學(xué)生有渾水摸魚的心里，因此，雖然教師要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要寫預(yù)習(xí)報(bào)告，但大部分的學(xué)生都是機(jī)械性的照抄教材上的內(nèi)容，抄完就完成任務(wù)了，根本不去思考，有的甚至不去看里面的內(nèi)容，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟不熟悉。另一方面，雖然教師在課堂中都會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，但是教師在實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，并不能保證每位學(xué)生都能清楚地看到整個(gè)演示過程，而有些學(xué)生即使看清楚整個(gè)演示過程，也記不住全部的細(xì)節(jié)。因此學(xué)生在自己操作的過程中手忙腳亂，錯(cuò)亂百出，出現(xiàn)各種錯(cuò)誤操作甚至實(shí)驗(yàn)意外，還有的學(xué)生完全不知道如何操作，無法順利完成實(shí)驗(yàn)。

2 虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬仿真技術(shù)是綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通信等多種技術(shù)，通過構(gòu)建一個(gè)逼真可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[1]。目前虛擬仿真教學(xué)在高校教學(xué)中已普遍存在，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的很多問題[2，6]。

1）安全實(shí)惠。借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幾乎可以將實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)以及實(shí)驗(yàn)成本降到零，是一種安全性高且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。因此，對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，由于擔(dān)心學(xué)生安全而不得不刪除的一些危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)，或者由于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備昂貴而不能開展的實(shí)驗(yàn)，完全可以借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)重新開展。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)既提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，降低實(shí)驗(yàn)成本，又能保證學(xué)生完整地掌握知識(shí)體系。

2）普及面廣。傳統(tǒng)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)的限制，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及藥品試劑不足，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)多是以小組為單位，不能對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行全面的訓(xùn)練和培養(yǎng)。通過引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以使每個(gè)學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的全部過程，學(xué)生只要登錄虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，即可獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練過程可以普及到每一個(gè)學(xué)生。

3）節(jié)能省時(shí)。一方面，由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用的設(shè)備及材料均為虛擬的，因此不會(huì)發(fā)生儀器的損壞和材料浪費(fèi)的問題。另一方面，借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以提高實(shí)驗(yàn)效率，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。這就有利于學(xué)生進(jìn)行多次練習(xí)或者實(shí)驗(yàn)失敗的學(xué)生重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能更好地、真正地掌握實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)操作過程，為其線下的實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)硬的技術(shù)支撐。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

3.1 特殊實(shí)驗(yàn)

將危險(xiǎn)系系數(shù)高或者需要高貴儀器設(shè)備或藥品試劑的實(shí)驗(yàn)稱為特殊實(shí)驗(yàn)。在特殊實(shí)驗(yàn)中，為保證學(xué)生的安全和實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)的開展采用基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的全線上方式進(jìn)行。學(xué)生登錄虛擬仿真系統(tǒng)，通過平臺(tái)中的教學(xué)視頻學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)步驟，觀看實(shí)驗(yàn)操作視頻后，才用虛擬仿真系統(tǒng)獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的疑問，可以通過網(wǎng)上查詢或者咨詢?nèi)握n老師，教師在教室觀摩每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和操作，學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后，需要完成系統(tǒng)中相應(yīng)的考核，作為平時(shí)成績的一部分。

3.2 普通實(shí)驗(yàn)

對(duì)于一般的普通實(shí)驗(yàn)，根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生很難自覺預(yù)習(xí)，即使預(yù)習(xí)了，有時(shí)候也不了解實(shí)驗(yàn)的具體操作如何，或者某個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器如何實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟不熟練，到實(shí)驗(yàn)時(shí)還是懵懵懂懂，手足無措，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長，實(shí)驗(yàn)失敗率高，而由于實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間的限制，失敗后學(xué)生很難重新開始實(shí)驗(yàn)，最后學(xué)生草草了事，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ荒艿玫胶芎玫奶嵘虼瞬荒苓_(dá)到本門課程的培養(yǎng)目標(biāo)。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也存在雙面性，其自身也存在一定的局限性，比如過度地強(qiáng)調(diào)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力受到限制，學(xué)生容易形成“高知低能”，也不利于學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)；此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無法使學(xué)生切身體會(huì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的視覺、嗅覺等方面的直接感官體驗(yàn)[7]。針對(duì)這種現(xiàn)象，可以采取基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際課堂的線上線下混合式教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)操作開始前，學(xué)生先在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行，之后在平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行多次練習(xí)，直到把對(duì)實(shí)驗(yàn)操作熟練并得到合理的結(jié)果為止，最后學(xué)生需通過教師在虛擬平臺(tái)設(shè)置的考核，方能進(jìn)行線下的實(shí)驗(yàn)操作。線下在線下的實(shí)驗(yàn)中，仍以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為主，幾個(gè)學(xué)生為一小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過線上的練習(xí)后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)熟記于心，在線下實(shí)驗(yàn)中，可以操作得更加熟練，提高實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)驗(yàn)的效率。

3.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要是開發(fā)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，給定一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模寣W(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生可以自行選擇儀器和藥品試劑，實(shí)驗(yàn)方案不唯一。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)同樣采用線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行。一方面，學(xué)生設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案后，先借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，直到驗(yàn)證成功后再進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)，這樣可以避免實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理所產(chǎn)生的材料浪費(fèi)問題和實(shí)驗(yàn)安全問題。另一方面學(xué)生可以對(duì)多種方案進(jìn)行嘗試和驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

4 結(jié)束語

通過總結(jié)目前無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要存在的問題，提出借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)特殊實(shí)驗(yàn)采取基于虛擬仿真平臺(tái)的全線上教學(xué)方式，對(duì)普通實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采取虛擬仿真平臺(tái)和傳統(tǒng)教學(xué)的線上線下混合式教學(xué)模式，為無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革提供參考。