劉德忠

(昆明市第一中學(xué)，云南 昆明 650031)

隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息的迅猛提升，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室已然成為了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有利擴(kuò)充和補(bǔ)給。作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜合性實(shí)驗(yàn)室軟件，正逐步為現(xiàn)有的化學(xué)教學(xué)注入新的活力。仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室克服了實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的劣勢(shì)和局限性，成為課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充。在實(shí)際化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)背景與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室有機(jī)契合，充實(shí)關(guān)聯(lián)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室各自等優(yōu)勢(shì)，不僅有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練培養(yǎng)，還可提供豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，助力于中學(xué)化學(xué)高效課堂。

1 仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)改善了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)習(xí)者可以不受制于時(shí)間和空間，合理利用多媒體技術(shù)來(lái)自由選擇化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬訓(xùn)練。尤其重要的是，仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容受限的現(xiàn)狀，可豐富學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)、趣味實(shí)驗(yàn)的拓展，給學(xué)習(xí)者提供一個(gè)自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和平臺(tái)，有力提升了一線化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。

1.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)，增加課堂教學(xué)靈活性

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材中，學(xué)習(xí)者根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)方案系列步驟，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，按所給實(shí)驗(yàn)儀器及藥品等材料，合理規(guī)范完成實(shí)驗(yàn)操作的全過(guò)程[1]。如今虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的存在，正將化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程所需課時(shí)共劃分為兩大板塊：其中一板塊以化學(xué)藥品及儀器裝置的使用和目前尚無(wú)法實(shí)際展開實(shí)施的實(shí)驗(yàn)為主，稱之為模擬仿真實(shí)驗(yàn)；另一板塊為傳統(tǒng)的已實(shí)際開設(shè)的可操作實(shí)驗(yàn)。模擬仿真實(shí)驗(yàn)其信息涵蓋量充足，同時(shí)也節(jié)約實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行實(shí)操的時(shí)間，對(duì)夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)和開拓學(xué)生視野有較好的效果。根據(jù)其方便快捷、靈活操作等特點(diǎn)，在進(jìn)行實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生可以自行模擬仿真學(xué)習(xí)，真正促成靈活開放式學(xué)習(xí)模式。

1.3 沖破時(shí)間空間限制，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入滲透虛擬仿真技術(shù)能夠讓學(xué)習(xí)者全方位角度觀察實(shí)驗(yàn)儀器裝置，這與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)借助文字圖片、錄像等相比極具形象生動(dòng)性，更易吸引學(xué)生的專注力[2]。仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件在吸引學(xué)生專注力的同時(shí)還更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興致的激發(fā)[3]。合理利用該軟件逐步拓寬提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程，可有效縮短一線教學(xué)中教師授課時(shí)長(zhǎng)和學(xué)習(xí)者的實(shí)操時(shí)間，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和主觀能動(dòng)性的發(fā)揮大大提升，學(xué)習(xí)效果事半功倍。

1.4 降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，在進(jìn)行實(shí)際化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)不可避免地接觸到一些有毒的化學(xué)試劑，同時(shí)還需面臨一些有危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)。例如，氯氣的制取、濃硫酸的稀釋等等。而仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室獨(dú)自一人完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握逐步提升。在虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下出現(xiàn)的安全事故可以引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范的重視，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有毒氣體的泄漏，不會(huì)危害到學(xué)生的健康。

2 虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)幾個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在實(shí)際教學(xué)中，將傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)室有機(jī)融合，將其應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)

預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)成功的核心環(huán)節(jié)。因考慮到課時(shí)有限，在進(jìn)行實(shí)操前，部分教師難以全面考查學(xué)生預(yù)習(xí)效果，故而在“實(shí)驗(yàn)預(yù)備”階段，學(xué)生可通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室充分打牢實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)，模擬拼裝實(shí)驗(yàn)儀器及化學(xué)藥品，以達(dá)到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的目的。為避免學(xué)習(xí)者進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)只是走過(guò)場(chǎng)形式，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生做足實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的充分準(zhǔn)備，強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)必要性，進(jìn)而激起學(xué)習(xí)者參與課堂實(shí)驗(yàn)的興致。虛擬仿真比純文字的理解可以大大提升課前預(yù)習(xí)難度，該情況下若能在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)適當(dāng)利用仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)生互動(dòng)點(diǎn)擊操控，便于操作者對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原理的深入理解，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠星逦鞔_的認(rèn)識(shí)，學(xué)生自己能夠梳理清該實(shí)驗(yàn)的系列操作流程，逐步掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論要點(diǎn)。例如，在初中化學(xué)“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法”一課中，需要初中生進(jìn)行分組探究，為保證學(xué)習(xí)者有序并安全地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[4]，此時(shí)引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置儀器、系列操作流程等注意事項(xiàng)形成更能清晰明確的認(rèn)識(shí)，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)結(jié)束后，學(xué)習(xí)者更為積極完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)，落實(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2 課堂探究實(shí)驗(yàn)

在基于現(xiàn)代教育技術(shù)的仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的情景中，實(shí)驗(yàn)裝置儀器、藥品、現(xiàn)象等，都可以通過(guò)聲情并茂的圖片、動(dòng)畫等手段呈現(xiàn)大量的信息，學(xué)生可以利用已有的知識(shí)和技能對(duì)具體實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇并組裝實(shí)驗(yàn)儀器，靈活控制實(shí)驗(yàn)條件，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為清晰直觀。在科學(xué)探究的過(guò)程中逐步理解實(shí)驗(yàn)原理，得出規(guī)律和結(jié)論，這些都能使學(xué)生的知識(shí)和技能得到遷移。此外，該軟件還可對(duì)學(xué)生在模擬探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行記錄跟蹤。例如，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一旦學(xué)生使用儀器操作不當(dāng)、藥品錯(cuò)誤地添加，就將會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)暫?；蛘呤?，并出現(xiàn)必要的提示，給出正確的操作規(guī)范，以便學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作流程從模仿逐步過(guò)渡到熟練協(xié)調(diào)靈活自如，減少因存在某部分錯(cuò)誤習(xí)慣操作而帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)操作定勢(shì)。如“常見的漂白物質(zhì)及其應(yīng)用”探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)，詳見表1。

表1 “常見的漂白物質(zhì)及其應(yīng)用”探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)

2.3 復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室針對(duì)系列化學(xué)實(shí)驗(yàn)，明確收錄詳細(xì)的考試要點(diǎn)，學(xué)習(xí)者在課后無(wú)需身處于真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中就能回憶具體實(shí)驗(yàn)操作流程和數(shù)據(jù)處理等過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)操作全過(guò)程的記憶，改善學(xué)習(xí)效果。例如，在復(fù)習(xí)課上，教師可以激發(fā)學(xué)習(xí)者自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案流程：以CuO為實(shí)驗(yàn)原料 (并提供其他試劑可供選擇)，分析討論如何有效制取Cu(OH)2。由經(jīng)學(xué)生激烈探討，學(xué)生給出一個(gè)最為科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案細(xì)則：氧化銅→硫酸銅→氫氧化銅。隨后學(xué)生根據(jù)已設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)細(xì)則，將該方案應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)進(jìn)行模擬操作，最終結(jié)果卻呈現(xiàn)出三種不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：藍(lán)色沉淀、黑色沉淀、無(wú)沉淀。從而意味著，有一部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)尚未成功，部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)失敗了。繼而再深入探討該環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)失敗的因素，學(xué)生試著不斷歸納出在制取氫氧化銅時(shí)所需注意的幾點(diǎn)事項(xiàng)。通過(guò)此環(huán)節(jié)，課程融入了酸、堿、鹽等知識(shí)的應(yīng)用，又不斷促成學(xué)習(xí)者主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)充滿了期待。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力以及小組合作探究精神，需親歷真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)習(xí)者自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)是仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室無(wú)可替代的，只有將二者有機(jī)融合，才能極大發(fā)揮其功效。仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的有利增補(bǔ)，其提供的直觀實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和模擬拼裝儀器及藥品的高效平臺(tái)，提升了中學(xué)生學(xué)習(xí)興致及實(shí)驗(yàn)完成的效率，更加拓寬了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的視野，不斷為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論與實(shí)踐教學(xué)注入新動(dòng)力。