肖 巍

（武漢大學(xué) 化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，武漢 430072）

作為化學(xué)學(xué)科的基石和支柱，實(shí)驗(yàn)與化學(xué)專業(yè)密不可分。受限于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足，無(wú)法在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能操作與理論知識(shí)學(xué)習(xí)有效融合。在近年來(lái)發(fā)展中，信息技術(shù)取得了突破性的發(fā)展進(jìn)步，并在短短幾年內(nèi)在我國(guó)大面積地鋪開(kāi)，滲透進(jìn)我們生活中的方方面面，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)模式也日臻成熟，這極大地便利了我們的生活。為加快建設(shè)高水平本科教育、全面提高本科人才培養(yǎng)，需通過(guò)采用現(xiàn)代信息教學(xué)技術(shù)充分調(diào)用優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與大學(xué)教育教學(xué)深度融合。作為教學(xué)人，我們要敏銳地抓住信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)步所帶來(lái)的紅利，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。擴(kuò)展學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，引發(fā)他們對(duì)于更深入實(shí)驗(yàn)的興趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的探索精神。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的相關(guān)情況概述

1.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)定義

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是指通過(guò)使用計(jì)算機(jī)，用一個(gè)智能化的系統(tǒng)模仿現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境的技術(shù)。[1]虛擬仿真實(shí)驗(yàn)得益于虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，它將虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真模擬有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成了這一開(kāi)創(chuàng)性的技術(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展依托于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室這一平臺(tái)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上，學(xué)生不僅可以在模擬的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上親手進(jìn)行操作，還能夠根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)自行設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)，有很強(qiáng)的自由性；開(kāi)展教學(xué)工作的教學(xué)人員可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)挑選合適的器材和試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以供給學(xué)生學(xué)習(xí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)最大的特點(diǎn)是其別具一格的沉浸性，能夠帶給使用者幾乎與現(xiàn)實(shí)無(wú)異的沉浸式體驗(yàn)，可以從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等層面的感知上帶給使用者身臨其境的感覺(jué)?？傮w來(lái)說(shuō)就是將現(xiàn)實(shí)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)搬了一個(gè)家，將其置于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室這一平臺(tái)上進(jìn)行，但與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的操作，步驟等都沒(méi)有任何改變。這對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的準(zhǔn)確性沒(méi)有任何影響。故相較于真實(shí)實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具備低成本、高效率、智能化等特點(diǎn)。[2-3]

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)期教學(xué)效果

著名教育家布魯姆在其教育目標(biāo)分類系統(tǒng)中將教學(xué)目標(biāo)分為認(rèn)知、情感和動(dòng)作技能三大板塊。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式僅僅聚集在對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的淺層次學(xué)習(xí)和對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)單記憶方面，而針對(duì)于學(xué)生更高維度的綜合應(yīng)用和實(shí)踐性操作來(lái)說(shuō)，它并沒(méi)有展現(xiàn)出明顯的作用。相關(guān)研究表明，在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生所獲得的科學(xué)探索能力和熟練的實(shí)驗(yàn)技能會(huì)對(duì)應(yīng)遷移、轉(zhuǎn)換，能夠?yàn)檎鎸?shí)的實(shí)驗(yàn)工作奠定基礎(chǔ)。[4]尤其是在大學(xué)化學(xué)課程的教授過(guò)程中，利用虛擬仿真技術(shù)來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以顯著彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的實(shí)驗(yàn)成本高、操作存在安全隱患、難復(fù)習(xí)相關(guān)操作的不足。能夠在不限制學(xué)生自由嘗試的情況下，減少實(shí)驗(yàn)裝置安裝、維護(hù)和使用成本。通過(guò)模擬真實(shí)化學(xué)反應(yīng)，讓學(xué)生們?cè)诰€上便可以觀察到他們?cè)跁?shū)本上看到的化學(xué)反應(yīng)、儀器使用方法、操作注意事項(xiàng)及相關(guān)理論知識(shí)是如何在真實(shí)環(huán)境中使用的。同時(shí)，也便于學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行復(fù)習(xí)回顧，為學(xué)生帶來(lái)更佳的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1.3 國(guó)內(nèi)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r

在全世界范圍內(nèi)，虛擬仿真技術(shù)蓬勃發(fā)展。國(guó)外頂尖高校技術(shù)成熟，在這方面開(kāi)展早，發(fā)展快，覆蓋范圍廣闊。例如，美國(guó)斯坦福大學(xué)商學(xué)院開(kāi)發(fā)了一種適用于金融投資的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，旨在為學(xué)生提供一套完整的具有時(shí)效性的行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序，供實(shí)際訓(xùn)練使用。美國(guó)密歇根州立大學(xué)開(kāi)發(fā)了一款名為L(zhǎng)ogicTools LogicNet的軟件工具，學(xué)生們可以在這款軟件中模擬進(jìn)行從產(chǎn)品包裝到銷售部門的布局設(shè)計(jì)，包括后續(xù)的物流和運(yùn)輸?shù)娜窟^(guò)程。在該平臺(tái)上，學(xué)生們可以自由地發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)新能力，自行設(shè)計(jì)他們認(rèn)為合適的物流管理流程。

國(guó)內(nèi)對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展的起步相比較來(lái)說(shuō)更晚，但仍然在以較快速度發(fā)展。尤其是在經(jīng)歷了疫情時(shí)代后，實(shí)際的需求要遠(yuǎn)大于實(shí)際的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。因此，在疫情這一“催化劑”的作用下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了迅速的擴(kuò)展。具體而言，在疫情防控期間，由于化學(xué)專業(yè)不可避免地亟需開(kāi)展實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，而學(xué)校無(wú)法在校內(nèi)開(kāi)展正常的線下教學(xué)任務(wù)，這便使得線上教學(xué)的需求有了極大的提高。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效解決以上需求。謝幼如等人就針對(duì)在疫情期間開(kāi)展的線上教學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述。他們對(duì)線上教學(xué)的明顯特征、所出現(xiàn)的問(wèn)題以及相應(yīng)的創(chuàng)新性進(jìn)行了討論，并指出線上教學(xué)是可行的。[5]雖然現(xiàn)階段各高校都在一定程度上進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，但受限于技術(shù)短缺、資金不足以及對(duì)于實(shí)際化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)際要求高等問(wèn)題，總體來(lái)看虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展呈現(xiàn)出不平衡、不充分的特點(diǎn)。因此，教學(xué)體系的改革和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的擴(kuò)展性發(fā)展仍然需要教學(xué)人采用開(kāi)創(chuàng)性思維來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化解決。

2 高校化學(xué)傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的不足

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)學(xué)科，對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)理工科學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能最重要的組成部分。目前大多數(shù)高等院校對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依舊是按照“課前預(yù)習(xí)—課堂著重講解主要操作難點(diǎn)及理論知識(shí)點(diǎn)—學(xué)生上手操作—完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告”這種傳統(tǒng)模式。這樣基于師生現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)交流的線下、單一的教學(xué)模式會(huì)使學(xué)習(xí)形式過(guò)于機(jī)械化，學(xué)習(xí)過(guò)程變得枯燥乏味，最終達(dá)到的效果也僅僅是令學(xué)生掌握了孤立的、具體的某一項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有形成完整的、連貫的實(shí)驗(yàn)思路和知識(shí)體系?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)教學(xué)模式顯露出的不足有如下四點(diǎn)：

2.1 課前準(zhǔn)備費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，學(xué)生預(yù)習(xí)效果差

在上述的教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)管理老師須準(zhǔn)備大量的實(shí)驗(yàn)藥品及儀器。如出現(xiàn)紕漏，實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)程會(huì)受到影響，因此需要老師花費(fèi)很多時(shí)間和精力來(lái)核對(duì)所需物品是否完備，導(dǎo)致老師工作量大。由于同學(xué)在課前不能實(shí)地接觸到實(shí)驗(yàn)儀器，只能依靠教材上的圖片進(jìn)行了解，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)程度不夠深入，無(wú)法形成自己的思考并提出問(wèn)題，這會(huì)使得學(xué)生在后續(xù)課程中被動(dòng)地接受信息，按部就班地仿照實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)上的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)效果大打折扣。

2.2 課中容錯(cuò)性低、安全隱患高

盡管目前大多數(shù)高校在化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中已盡力避免所選用的試劑具有毒性或腐蝕性，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中仍存在一定的危險(xiǎn)性。尤其是學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不夠認(rèn)真，稍有差錯(cuò)便會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。鑒于本科生操作技術(shù)不夠熟練，為達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)驗(yàn)試劑的用量會(huì)比較大，因此會(huì)產(chǎn)生大量會(huì)污染環(huán)境的廢液廢渣等，由于需要集中處理，教學(xué)成本過(guò)高。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件有限，學(xué)習(xí)體驗(yàn)感不佳

根據(jù)目前的教學(xué)資源，一位實(shí)驗(yàn)老師需要指導(dǎo)至少十幾名學(xué)生，加上實(shí)驗(yàn)室面積有限、實(shí)驗(yàn)裝置老化等要素的限制，甚至有時(shí)因?qū)嶒?yàn)資源短缺，教學(xué)會(huì)以小組為單位展開(kāi)，無(wú)法保證每位同學(xué)都可以完全參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中來(lái)。因此，在這樣的教學(xué)模式下，難免會(huì)有學(xué)生抱有敷衍了事的心態(tài)，在一定程度上妨礙學(xué)生探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)的好奇心，不利于學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的發(fā)揮。除此之外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)只有一次機(jī)會(huì)，或成功或失敗，倘若學(xué)生覺(jué)得實(shí)驗(yàn)還有改進(jìn)的地方，但實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有足夠的條件提供給他們第二次嘗試的機(jī)會(huì)，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的學(xué)生得不到“滿足感”，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

2.4 課后復(fù)習(xí)難度高、操作遺忘率大

目前有很大一批本科生選擇在本科畢業(yè)后進(jìn)入化學(xué)化工行業(yè)發(fā)展，這便需要他們有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。然而，基于傳統(tǒng)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“一遍過(guò)”的特點(diǎn)，學(xué)生只能在限制好的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)完一整套實(shí)驗(yàn)操作，并且再也沒(méi)有機(jī)會(huì)復(fù)盤，這使得學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)的難度大幅增加，進(jìn)而造成了學(xué)生“學(xué)過(guò)就忘”的狀況十分普遍，嚴(yán)重阻礙了教學(xué)效果的體現(xiàn)，也不符合我國(guó)對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求和學(xué)生自我學(xué)習(xí)發(fā)展的需求。

3 虛擬仿真用于改進(jìn)高校傳統(tǒng)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐研究

3.1 虛擬仿真用于改進(jìn)高校傳統(tǒng)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的可行性

作為化學(xué)學(xué)科的基石和支柱，實(shí)驗(yàn)與化學(xué)專業(yè)密不可分。如何在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能操作與理論知識(shí)學(xué)習(xí)的有效融合，是各大高等院校培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)人才過(guò)程中都無(wú)法回避的問(wèn)題。但傳統(tǒng)教學(xué)模式受到各種現(xiàn)實(shí)條件的限制，上述的兩個(gè)模塊往往被割裂開(kāi)來(lái)，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際操作訓(xùn)練的高效融合。而將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于改進(jìn)大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式中可以有效改善這一問(wèn)題，延伸實(shí)踐教學(xué)的廣度和深度。因?yàn)樘摂M仿真實(shí)驗(yàn)側(cè)重于對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作訓(xùn)練，而傳統(tǒng)線下的教學(xué)模式重在對(duì)同學(xué)們進(jìn)行理論知識(shí)的教授，所以通過(guò)將兩種教學(xué)方式充分地融合，無(wú)疑會(huì)為大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式改革提供強(qiáng)大的助推力。

習(xí)近平主席在致國(guó)際教育信息化大會(huì)的賀信中指出，“因應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)教育變革和創(chuàng)新，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、終身化的教育體系，建設(shè)‘人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)’的學(xué)習(xí)型社會(huì)”。[6]《教育部2022年工作要點(diǎn)》也明確提出“實(shí)施國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)”。[7]而建設(shè)化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科響應(yīng)國(guó)家加快教育高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措，因此國(guó)家會(huì)給予很大的政策及經(jīng)濟(jì)上的幫扶，推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)后續(xù)持久、穩(wěn)定地大步發(fā)展。

隨著教育數(shù)字化戰(zhàn)略的不斷深入強(qiáng)化，我國(guó)的虛擬仿真技術(shù)發(fā)展之貌勢(shì)如破竹，且其在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也是風(fēng)生水起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年12月，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享平臺(tái)“實(shí)驗(yàn)空間”上的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量目前已經(jīng)高達(dá)3000余項(xiàng)。[8]技術(shù)的不斷發(fā)展，也為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改進(jìn)傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程提供了穩(wěn)固的保證。

3.2 開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的困難

其一，教師對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏認(rèn)識(shí)和新的理念。大部分高校從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的教師長(zhǎng)期從事傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有一套更加成熟的教學(xué)體系。新式的虛擬教學(xué)會(huì)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)造成沖擊，他們接受起來(lái)更困難，這就造成了教師對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)不足，難以提高教學(xué)質(zhì)量。在起步階段，教師會(huì)認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相似，只是一些軟件的簡(jiǎn)單操作。沒(méi)有充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)，限制了學(xué)生的積極性和自主性。

其二，高校對(duì)于搭建和擴(kuò)充虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的投入不足。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室因其優(yōu)異的延展性可以作為傳統(tǒng)線下教學(xué)的優(yōu)秀補(bǔ)充。補(bǔ)充擴(kuò)展的深度和廣度取決于虛擬實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境設(shè)備的建設(shè)。部分學(xué)校由于缺乏資金或是對(duì)其重視不足，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)相對(duì)落后，沒(méi)有合適的設(shè)備條件，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果會(huì)大打折扣，無(wú)法充分?jǐn)U展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的興趣和探索精神。

其三，熟練掌握傳統(tǒng)教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的復(fù)合型教師人員不足。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室結(jié)合了虛擬仿真等信息技術(shù)，教師要對(duì)這類技術(shù)有一定的基礎(chǔ)性了解，這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合，設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)范例作為教學(xué)資源，以滿足虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迫切需要。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室這一系統(tǒng)平臺(tái)從運(yùn)行、管理到維護(hù)都需要專業(yè)的人員團(tuán)隊(duì)來(lái)接手，以保證虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的持續(xù)性。但現(xiàn)階段，各高校都十分缺乏這一類教師人員，這在很大程度上阻礙了高質(zhì)量、高水平的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣泛開(kāi)展。

其四，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的不完善。高校對(duì)于建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還處于起步的摸索階段，沒(méi)有建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的、規(guī)范化的建設(shè)體系。不管是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重新設(shè)計(jì)、資源的投入、教學(xué)人員的培養(yǎng)以及后續(xù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展都需要一套完善的體系制度來(lái)保駕護(hù)航。根據(jù)教育部印發(fā)的通知精神，我們要加快完善對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)。[9]

3.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

新冠疫情期間，武漢各大高校的化學(xué)專業(yè)都積極開(kāi)展了線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為因疫情離校居家的化學(xué)專業(yè)學(xué)生開(kāi)展線上教學(xué)。學(xué)校教學(xué)人員自行搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，依據(jù)平臺(tái)上的虛擬儀器，材料以及相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出教材上的一比一實(shí)驗(yàn)，供給學(xué)生居家學(xué)習(xí)使用。教學(xué)人員編寫了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作方案，學(xué)生在操作方案的一步一步地指導(dǎo)下，循序漸進(jìn)逐步地完成實(shí)驗(yàn)，之后在沒(méi)有操作方案的指導(dǎo)下，一次次自行完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，可以集中反饋到教學(xué)人員處，再由教學(xué)人員給出詳細(xì)的解答。得益于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放性，學(xué)生可以在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的理論知識(shí)自行設(shè)計(jì)兼具延伸性，擴(kuò)展性以及獨(dú)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)，并自主完成。并且與教學(xué)人員討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，與同學(xué)分享實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)。

4 虛擬仿真用于改進(jìn)大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的意義

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)被稱作是“具有跨時(shí)代意義的課程”，它是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)仿真模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器和較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟，達(dá)到和真實(shí)實(shí)驗(yàn)近乎無(wú)差別的教學(xué)目的和教學(xué)要求。[2]相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)用以改進(jìn)高?；瘜W(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)具有以下的意義：

4.1 豐富教學(xué)方式，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與教學(xué)課程相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，將其作為一種新型的教學(xué)資源與線下的傳統(tǒng)教學(xué)模式互為照應(yīng)，可以開(kāi)展線上線下共同教學(xué)的新型模式，豐富大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)能夠進(jìn)行除看實(shí)驗(yàn)教材和實(shí)驗(yàn)視頻外的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生通過(guò)自己操作智能設(shè)備，提前感受一遍實(shí)驗(yàn)流程。基于此種預(yù)習(xí)方式，會(huì)極大程度上激發(fā)學(xué)生的自我思考能力，在實(shí)際上課時(shí)可以產(chǎn)生“提出問(wèn)題—解決問(wèn)題”的學(xué)習(xí)效果，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

4.2 增加試錯(cuò)機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)用到一些價(jià)格較高的試劑或管制試劑，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成本高、購(gòu)買手續(xù)繁瑣。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，所有儀器、試劑創(chuàng)造都是仿真的，實(shí)驗(yàn)條件可以調(diào)節(jié)至最適宜的水平，可滿足各類實(shí)驗(yàn)需求，這便大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以不被限制地重復(fù)實(shí)驗(yàn)，打破以前每個(gè)學(xué)生只有一次實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)的常態(tài)，給予學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，徹底擺脫了原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件的約束，增加了學(xué)生們?cè)囧e(cuò)的機(jī)會(huì)；在反復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生們從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變成創(chuàng)新者，最終達(dá)到技能養(yǎng)成的目的。[10]

4.3 實(shí)現(xiàn)多向互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自主性

有研究表明，多向互動(dòng)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展有很強(qiáng)的作用。[11]在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，基本沿襲著老師隨機(jī)提問(wèn)學(xué)生問(wèn)題，學(xué)生思考很短的時(shí)間后做出簡(jiǎn)要回答的上課流程。這樣的單向課程互動(dòng)會(huì)造成師生間的溝通不及時(shí)，學(xué)生需求不能被老師直接獲知的情況。而通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，同學(xué)可以在平臺(tái)內(nèi)公開(kāi)提出自己對(duì)該實(shí)驗(yàn)存在的疑問(wèn)；教師可以更加方便地完成開(kāi)課、跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度等操作。由此能夠?qū)崿F(xiàn)師生之間、學(xué)生和學(xué)生之間，甚至學(xué)生還可以同虛擬環(huán)境中的虛擬對(duì)象進(jìn)行多向的互動(dòng)，這有助于學(xué)生獲得全面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，自主思考實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與改進(jìn)方法，更加具體地掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)。

4.4 課后回顧便捷，提高學(xué)習(xí)效率

由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的授課模式具有“一遍過(guò)”的特點(diǎn)，學(xué)生難以對(duì)課上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)回顧，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作遺忘率高。但通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠不被時(shí)間、場(chǎng)地限制，在任何有網(wǎng)絡(luò)終端的地方，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，學(xué)生可以自主調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度，對(duì)重點(diǎn)和自己掌握不深入的內(nèi)容展開(kāi)有目的、有計(jì)劃的學(xué)習(xí)。這種方式對(duì)學(xué)生復(fù)習(xí)遺忘的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理等有很大的幫助。

5 結(jié)語(yǔ)

在信息時(shí)代下，教學(xué)人員要與時(shí)俱進(jìn)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)推向高水平、高質(zhì)量的新格局。通過(guò)利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)課程相混合的教學(xué)模式，延伸了實(shí)踐教學(xué)的廣度和深度，在化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)教學(xué)中展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢(shì)。在保留傳統(tǒng)線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)的前提下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引進(jìn)不僅為學(xué)生構(gòu)建了全方位的“線上+線下”學(xué)習(xí)模式，幫助在校師生突破了時(shí)間和空間的限制，徹底擺脫了原有繁雜實(shí)驗(yàn)條件的約束，還大大降低了化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)安全隱患及消耗試劑器材所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)成本，突破了原有傳統(tǒng)教學(xué)模式所存在的實(shí)驗(yàn)成本高、操作存在安全隱患、難復(fù)習(xí)相關(guān)操作的不足。有效提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

在化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)上，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，各取其利，可以同時(shí)兼顧理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，尤其是在需要將相關(guān)的多種理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作方法緊密聯(lián)系起來(lái)的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以在線上反復(fù)學(xué)習(xí)、多次實(shí)驗(yàn)，從而提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握及解決復(fù)雜實(shí)驗(yàn)操作的能力，進(jìn)一步滿足當(dāng)下對(duì)化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。