馬丹妮，陳 藝，王宇飛

(云南師范大學(xué)，云南 昆明 650000)

化學(xué)這門課程最大的特點(diǎn)莫過于化學(xué)實(shí)驗(yàn)了?；瘜W(xué)知識來源于實(shí)驗(yàn)，發(fā)展于實(shí)驗(yàn)，因而化學(xué)實(shí)驗(yàn)對整個(gè)化學(xué)這門課程來講其重要程度不言而喻。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一個(gè)重要手段?！盎瘜W(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室”不僅可以幫助教師設(shè)計(jì)出視覺效果逼真的仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以利用此軟件向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程，或是在正式實(shí)驗(yàn)前用于學(xué)生演練操作，有利于學(xué)生全面深刻認(rèn)識實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)原理。

1 高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

由于受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，許多中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂無法做到以學(xué)生為主體，更加沒有注重對學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)與提高。涉及到實(shí)驗(yàn)的課堂多數(shù)情況下依然是以教師為主體，忽略了對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及面廣泛，涵蓋無機(jī)、有機(jī)、化學(xué)原理等等方面，并且以其豐富的內(nèi)涵在化學(xué)教學(xué)中扮演著重要的角色[1]。長期以來，在“唯分?jǐn)?shù)論”的籠罩下，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展受到了許多限制。為了不落下教學(xué)進(jìn)度，很多實(shí)驗(yàn)都停留在“教師講學(xué)生聽”的層面。與此同時(shí)，中學(xué)化學(xué)有些實(shí)驗(yàn)操作和流程較為復(fù)雜，對剛接觸化學(xué)實(shí)驗(yàn)又沒有太多時(shí)間去練習(xí)的高中生來講，實(shí)驗(yàn)過程可能不會得心應(yīng)手。幾次操作失敗的實(shí)驗(yàn)，就有可能影響學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。因此，適當(dāng)簡化化學(xué)實(shí)驗(yàn)，借助于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的科技力量來輔助化學(xué)課堂教學(xué)，使得教學(xué)過程簡明而不失豐富，以此來提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，“化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室”這個(gè)軟件就是一個(gè)很好的選擇。

2 “仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”軟件介紹

“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”是由南京金華科公司開發(fā)的一款化學(xué)教學(xué)軟件，包括仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、三維分子，以及中學(xué)化學(xué)小百科三個(gè)應(yīng)用程序[2]?！叭S分子”可以向?qū)W生多方位地展示各種有機(jī)分子的三維立體模型，“中學(xué)化學(xué)小百科”里可以查閱各類元素的詳細(xì)信息，而最主要的就是“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”這個(gè)應(yīng)用程序。運(yùn)用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”可以完成各類化學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示及探究，能帶給學(xué)生直觀明了的實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)還可以智能的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，為教師和學(xué)生提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]。在“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”這個(gè)虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中各類中學(xué)涉及到的化學(xué)反應(yīng)，都可以完整的模擬出來。同時(shí)，在線下演示實(shí)驗(yàn)中不易觀察到的細(xì)微實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”中通過設(shè)置化學(xué)反應(yīng)速度來捕捉。比如，在進(jìn)行檢驗(yàn)CO2的實(shí)驗(yàn)中，將CO2通入澄清石灰水溶液，可以通過在屬性欄中改變反應(yīng)速度來更好的觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？傊谩胺抡婊瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室”可以同步獲得化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以讓學(xué)生全程模擬實(shí)驗(yàn)步驟，加深學(xué)生對于化學(xué)反應(yīng)的理解。

3 “仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”的演示

以檢驗(yàn)CO2為例，首先打開“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”軟件，可以看到左邊有兩列實(shí)驗(yàn)儀器如圖1示。首先我們要確定本次實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)儀器：250 mL 錐形瓶、50 mL 分液漏斗、100 mL 集氣瓶、導(dǎo)管。藥品分別是0.5 mol的 CaCO3固體、100 mL H2O、40 mL，0.5 mol/L 的HCl溶液、40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。

第一步,搭建反應(yīng)儀器，點(diǎn)擊左側(cè)的錐形瓶。選擇 250 mL 規(guī)格，再點(diǎn)擊空白界面，界面上就會出現(xiàn)一個(gè) 250 mL 錐形瓶，按同樣的方法選擇 50 mL 分液漏斗、100 mL 集氣瓶以及導(dǎo)管。右擊錐形瓶，出現(xiàn)菜單框，點(diǎn)擊塞子給錐形瓶添加上塞子。按照實(shí)驗(yàn)要求搭建好反應(yīng)儀器。

第二步，添加藥品。右擊錐形瓶，出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊添加藥品，在彈出的對話框里選擇固體一欄。找到CaCO3固體，在物質(zhì)的量一欄輸入0.5，點(diǎn)擊添加。這時(shí)CaCO3固體就被添加到錐形瓶中了。以同樣的方法，分別在分液漏斗中添加 40 mL 0.5 mol/L 的HCl溶液，在錐形瓶中添加 100 mL H2O，集氣瓶中添加 40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。如圖2示。

圖1 打開“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”軟件 圖2 添加藥品

第三步進(jìn)行反應(yīng)。點(diǎn)擊工具欄上的運(yùn)行按鈕運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。這時(shí)在剛剛搭建好的儀器上就可以操作儀器使反應(yīng)開始進(jìn)行。點(diǎn)擊分液漏斗，其旁邊出現(xiàn)三個(gè)按鈕，分別是“打開”“關(guān)閉”“點(diǎn)滴”。點(diǎn)擊“打開”，此時(shí)分液漏斗中的HCl溶液進(jìn)入錐形瓶開始和CaCO3固體反應(yīng)，生成的CO2進(jìn)入集氣瓶和 Ca(OH)2溶液反應(yīng)，如圖3。但是反應(yīng)過程略快導(dǎo)致我們無法觀察清楚集氣瓶中的Ca(OH)2溶液是否變渾濁。對此可以修改反應(yīng)速度。點(diǎn)擊工具欄的停止按鈕，然后點(diǎn)擊錐形瓶，在彈出的菜單框中選擇“屬性”。出現(xiàn)“容器的屬性”這個(gè)對話框，點(diǎn)擊容器中的反應(yīng)，刪去第二第三個(gè)反應(yīng)，只保留課本實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)方程式，并把右側(cè)的反應(yīng)速度設(shè)置為原反應(yīng)速度的1/5即0.002。最后點(diǎn)擊 “容器相關(guān)設(shè)置”，不選智能處理反應(yīng)。此軟件中，智能處理反應(yīng)是從化學(xué)反應(yīng)方程式庫中選擇出來的。設(shè)置完成后再點(diǎn)擊運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，此時(shí)看到實(shí)驗(yàn)速度明顯變慢，觀察集氣瓶也可以看到集氣瓶中的Ca(OH)2溶液先變渾濁再變澄清，如圖4示。

圖3 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

圖4 觀察集氣瓶

第四步分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過為容器中的藥品定義變量來獲得。如為CaCO3固體定義變量，需要在集氣瓶屬性對話框中點(diǎn)擊“容器中的藥品”里的“添加”按鈕為集氣瓶添加數(shù)量為0的CaCO3固體，然后點(diǎn)擊添加的CaCO3固體在彈出的對話框里點(diǎn)擊“定義變量”按鈕，可以選擇定義其mol或者是質(zhì)量。在對實(shí)驗(yàn)過程中的某一生成物或者反應(yīng)物進(jìn)行定義變量之后我們就可以在運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的過程中實(shí)時(shí)觀測到這一藥品量的變化情況，同時(shí)還可以使用曲線對象繪制變量的曲線變化情況，這有益于后期對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理。

4 運(yùn)用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”打造高效化學(xué)課堂

以現(xiàn)代教育手段輔助課堂是中學(xué)化學(xué)教學(xué)改革的必由之路，將“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”這個(gè)平臺與傳統(tǒng)化學(xué)課堂相融合，不僅可以延伸化學(xué)課堂時(shí)空，幫助教師打造立體高效的化學(xué)課堂[4]，同時(shí)還有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識，讓傳統(tǒng)的化學(xué)課堂變得更加出彩，更加高效。

1)利用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”制作優(yōu)質(zhì)課件

教師在教學(xué)中可以用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”軟件，將不便于在線下演示的化學(xué)實(shí)驗(yàn)制成課件。由于本軟件可以智能處理反應(yīng)，不僅讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂不受空間限制，還可以使學(xué)生多次觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不受時(shí)間的限制。運(yùn)用此軟件教師還可以充分向?qū)W生展現(xiàn)反應(yīng)機(jī)理，比如化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿确矫娴闹R，使得學(xué)生可以更直觀的理解原電池的工作機(jī)理，這是傳統(tǒng)課堂所不能做到的。

2)教師演示化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提升課堂效率

在課堂中運(yùn)用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)以代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作過程中較難操作的、有毒有害的或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀測的實(shí)驗(yàn)，以此來提升課堂效率，也可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件不足的限制。用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”制作出的課件，相比其他軟件來講，不僅實(shí)驗(yàn)過程清晰，同時(shí)由于本軟件版面設(shè)計(jì)等方面簡潔明了，操作便捷，因而可以大大縮短教師備課時(shí)間，減輕教師備課任務(wù)。

3)學(xué)生運(yùn)用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”操作練習(xí)實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識與探究能力

“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”不僅可以方便教師，同時(shí)還可以為學(xué)生提供更加簡捷上手的虛擬實(shí)驗(yàn)操作。比如一些探究性的實(shí)驗(yàn)，常常需要變換反應(yīng)條件，多次進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，如果用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的話，一方面造成時(shí)間的浪費(fèi)，另一方面如果學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程操作失誤，或者由于另外一些不可控因素造成實(shí)驗(yàn)不成功，則會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[5]。另外，由于“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”可以高度還原實(shí)驗(yàn)過程，其所打造的虛擬實(shí)驗(yàn)室可以讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟都可以讓學(xué)生用鼠標(biāo)來進(jìn)行，十分有助于學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的理解和認(rèn)識。

5 結(jié)語

綜上所述，“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”不僅可以彌補(bǔ)部分學(xué)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施不足的短板，還可以幫助教師制作高質(zhì)量課件以提高課堂效率。學(xué)生通過運(yùn)用“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的練習(xí)可以提高探究能力。另外，在信息時(shí)代的大背景之下，我們可以看出未來遠(yuǎn)程在線教學(xué)將越來越融入我們的教學(xué)過程中。那么作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”不僅提高了學(xué)生動手動腦和觀察思維能力，同時(shí)也真正做到了使學(xué)生真切感受到虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣，大大提升了教學(xué)效率，也推動了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革步伐。