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，虛擬仿真實驗室已然成為了中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的有利擴(kuò)充和補(bǔ)給。作為一個實驗器具完備的綜合性實驗室軟件，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)實驗室克服了實體實驗室的劣勢和局限性，成為課堂實驗教學(xué)的有力補(bǔ)充。在實際化學(xué)實驗教學(xué)中，如將傳統(tǒng)實驗背景與虛擬仿真實驗室有機(jī)契合，充實關(guān)聯(lián)傳統(tǒng)實驗與虛擬仿真實驗室各自等優(yōu)勢，不僅有利于學(xué)生實驗操作技能的訓(xùn)練培養(yǎng)，還可提供豐富的實驗教學(xué)資源，助力于中學(xué)化學(xué)高效課堂。

1 仿真化學(xué)實驗室在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用特點

1.1 優(yōu)化實驗教學(xué)資源，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

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

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

在傳統(tǒng)實驗教材中，學(xué)習(xí)者根據(jù)給定的實驗方案系列步驟，在一定時間范圍內(nèi)，按所給實驗儀器及藥品等材料，合理規(guī)范完成實驗操作的全過程[1]。如今虛擬仿真實驗室的存在，正將化學(xué)實驗教程所需課時共劃分為兩大板塊：其中一板塊以化學(xué)藥品及儀器裝置的使用和目前尚無法實際展開實施的實驗為主，稱之為模擬仿真實驗；另一板塊為傳統(tǒng)的已實際開設(shè)的可操作實驗。模擬仿真實驗其信息涵蓋量充足，同時也節(jié)約實驗者進(jìn)行實操的時間，對夯實基礎(chǔ)知識和開拓學(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，在進(jìn)行實際操作實驗之前，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 沖破時間空間限制，調(diào)動學(xué)生的主動性

實驗教學(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驗儀器裝置，這與傳統(tǒng)實驗教學(xué)借助文字圖片、錄像等相比極具形象生動性，更易吸引學(xué)生的專注力[2]。仿真化學(xué)實驗室軟件在吸引學(xué)生專注力的同時還更有利于學(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驗教學(xué)進(jìn)程，可有效縮短一線教學(xué)中教師授課時長和學(xué)習(xí)者的實操時間，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和主觀能動性的發(fā)揮大大提升，學(xué)習(xí)效果事半功倍。

1.4 降低實驗危險性

化學(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，在進(jìn)行實際化學(xué)實驗操作的過程中，學(xué)生會不可避免地接觸到一些有毒的化學(xué)試劑，同時還需面臨一些有危險的實驗操作環(huán)節(jié)。例如，氯氣的制取、濃硫酸的稀釋等等。而仿真化學(xué)實驗室可以為學(xué)生提供虛擬的實驗場景，學(xué)生可以在虛擬實驗室獨自一人完成整個實驗，在完成實驗的過程中，學(xué)生對理論知識的理解和掌握逐步提升。在虛擬化學(xué)實驗環(huán)境下出現(xiàn)的安全事故可以引起學(xué)生對實驗操作規(guī)范的重視，但實驗過程中沒有毒氣體的泄漏，不會危害到學(xué)生的健康。

2 虛擬仿真化學(xué)實驗室在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)幾個環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在實際教學(xué)中，將傳統(tǒng)化學(xué)實驗與仿真實驗室有機(jī)融合，將其應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。

2.1 預(yù)習(xí)實驗

預(yù)習(xí)是實驗教學(xué)成功的核心環(huán)節(jié)。因考慮到課時有限，在進(jìn)行實操前，部分教師難以全面考查學(xué)生預(yù)習(xí)效果，故而在“實驗預(yù)備”階段，學(xué)生可通過虛擬仿真實驗室充分打牢實驗理論基礎(chǔ)，模擬拼裝實驗儀器及化學(xué)藥品，以達(dá)到預(yù)習(xí)實驗的目的。為避免學(xué)習(xí)者進(jìn)行化學(xué)實驗只是走過場形式，在實驗開始時應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生做足實驗環(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)者參與課堂實驗的興致。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)實驗室學(xué)生互動點擊操控，便于操作者對實驗現(xiàn)象和原理的深入理解，并能對實驗?zāi)康挠星逦鞔_的認(rèn)識，學(xué)生自己能夠梳理清該實驗的系列操作流程，逐步掌握化學(xué)實驗理論要點。例如，在初中化學(xué)“氧氣的實驗室制法”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驗內(nèi)容[4]，此時引入虛擬仿真實驗室讓學(xué)習(xí)者對實驗裝置儀器、系列操作流程等注意事項形成更能清晰明確的認(rèn)識，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)結(jié)束后，學(xué)習(xí)者更為積極完成實驗學(xué)習(xí)任務(wù)，落實學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2 課堂探究實驗

在基于現(xiàn)代教育技術(shù)的仿真化學(xué)實驗探究活動的情景中，實驗裝置儀器、藥品、現(xiàn)象等，都可以通過聲情并茂的圖片、動畫等手段呈現(xiàn)大量的信息，學(xué)生可以利用已有的知識和技能對具體實驗探究內(nèi)容進(jìn)行合理的設(shè)計，選擇并組裝實驗儀器，靈活控制實驗條件，使得實驗現(xiàn)象更為清晰直觀。在科學(xué)探究的過程中逐步理解實驗原理，得出規(guī)律和結(jié)論，這些都能使學(xué)生的知識和技能得到遷移。此外，該軟件還可對學(xué)生在模擬探究實驗的過程進(jìn)行記錄跟蹤。例如，在實驗過程中，一旦學(xué)生使用儀器操作不當(dāng)、藥品錯誤地添加，就將會導(dǎo)致實驗暫?；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)生的實驗操作流程從模仿逐步過渡到熟練協(xié)調(diào)靈活自如，減少因存在某部分錯誤習(xí)慣操作而帶來的實驗非標(biāo)準(zhǔn)操作定勢。如“常見的漂白物質(zhì)及其應(yīng)用”探究活動的設(shè)計，詳見表1。

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

2.3 復(fù)習(xí)實驗

虛擬仿真實驗室針對系列化學(xué)實驗，明確收錄詳細(xì)的考試要點，學(xué)習(xí)者在課后無需身處于真實實驗場景中就能回憶具體實驗操作流程和數(shù)據(jù)處理等過程，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對實驗操作全過程的記憶，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)計實驗方案流程：以CuO為實驗原料 (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)生給出一個最為科學(xué)的實驗方案細(xì)則：氧化銅→硫酸銅→氫氧化銅。隨后學(xué)生根據(jù)已設(shè)計的實驗細(xì)則，將該方案應(yīng)用于仿真實驗室平臺進(jìn)行模擬操作，最終結(jié)果卻呈現(xiàn)出三種不同的實驗現(xiàn)象：藍(lán)色沉淀、黑色沉淀、無沉淀。從而意味著，有一部分學(xué)生的實驗尚未成功，部分學(xué)生的實驗失敗了。繼而再深入探討該環(huán)節(jié)實驗失敗的因素，學(xué)生試著不斷歸納出在制取氫氧化銅時所需注意的幾點事項。通過此環(huán)節(jié)，課程融入了酸、堿、鹽等知識的應(yīng)用，又不斷促成學(xué)習(xí)者主觀能動性的發(fā)揮，學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)充滿了期待。

3 結(jié)語

在實際課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生動手實操能力以及小組合作探究精神，需親歷真實的實驗過程來實現(xiàn)。在實驗教學(xué)中，學(xué)習(xí)者自己動手實驗是仿真化學(xué)實驗室無可替代的，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)實驗室是實體實驗室的有利增補(bǔ)，其提供的直觀實驗理論知識和模擬拼裝儀器及藥品的高效平臺，提升了中學(xué)生學(xué)習(xí)興致及實驗完成的效率，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)實驗理論與實踐教學(xué)注入新動力。