芻議初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘 要：目前，虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域。虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)（又稱VR）等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)；學(xué)生的認(rèn)識(shí)；資源浪費(fèi)

一、應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)是任何實(shí)驗(yàn)操作都必須重視的問(wèn)題，同時(shí)也是無(wú)可回避的問(wèn)題。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師也將實(shí)驗(yàn)的安全問(wèn)題當(dāng)作首要問(wèn)題，在每一次實(shí)驗(yàn)前都會(huì)反復(fù)叮囑學(xué)生規(guī)范地操作，進(jìn)而降低實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)安全問(wèn)題。

但是，在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，學(xué)生難免會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而出現(xiàn)操作問(wèn)題，如，滑落試管、溶液滴入過(guò)量等，這些問(wèn)題即使是教師也難以避免，也就更不能要求學(xué)生百分之百不出現(xiàn)失誤。另一方面，部分初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身就具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，在初中化學(xué)第七章《應(yīng)用廣泛的酸堿鹽》中就涉及強(qiáng)硫酸與濃硫酸，無(wú)論是對(duì)其的制作或是使用都存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，容易對(duì)學(xué)生造成極大的傷害。

因此，在新的時(shí)代背景下，眾多初中化學(xué)教師開(kāi)始使用虛擬實(shí)驗(yàn)代替部分安全風(fēng)險(xiǎn)較高的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。首先，教師可以按照教材內(nèi)容對(duì)學(xué)生講述實(shí)驗(yàn)的具體步驟和目的。其次，教師可以利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，利用Virtools、Maya等軟件工具進(jìn)行構(gòu)建。最后，通過(guò)虛擬的操作，教師就能夠在虛擬的環(huán)境中展現(xiàn)出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生也能夠從中看到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

在此過(guò)程中，教師不僅完美地完成了初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)完美地規(guī)避了實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受到傷害。

二、應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的認(rèn)識(shí)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在某些方面超越了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的功能，它能夠有效提高初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量。

具體地說(shuō)，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在不少實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)。這就導(dǎo)致教師很難引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)的觀察，也就很難讓學(xué)生深刻地理解與掌握實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象，并產(chǎn)生牢固的記憶。

例如，在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的相關(guān)章節(jié)中，教師試圖利用CO（一氧化碳）來(lái)還原氧化鐵或氧化銅，但該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象并不是特別明顯。特別是在某些地區(qū)，實(shí)驗(yàn)受到氣溫、濕度或?qū)嶒?yàn)器材的影響，致使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加模糊。

在這種背景下，學(xué)生很難依靠肉眼清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這就導(dǎo)致教師精心準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)所取得的效果較差，教師只能通過(guò)口頭描述讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了解與掌握。但這種方式明顯背離了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷，沒(méi)有發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。

因此，教師可以應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)增強(qiáng)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的效果，避免外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，進(jìn)而讓學(xué)生能夠清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以此提高學(xué)生的理解與掌握能力，最終提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與有效性。

例如，在氧化還原反應(yīng)中，教師可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中使用一氧化碳還原氧化銅。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師就可以將顏色調(diào)節(jié)的更加明顯，突顯出黑色固體變?yōu)榱良t色固體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)，針對(duì)于導(dǎo)管中有氣泡冒出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師可以利用信息技術(shù)將其進(jìn)行擴(kuò)大，并給出特寫，學(xué)生就能夠?qū)@個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行更深刻的認(rèn)識(shí)與記憶。

通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能夠?qū)瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行更清楚的觀察，真正體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效力，進(jìn)而提高初中化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

三、應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)降低資源浪費(fèi)

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中難免會(huì)造成資源的浪費(fèi)，這就對(duì)初中學(xué)校造成額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，教師也可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)降低資源浪費(fèi)。

例如，教師在講述基本的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)必定會(huì)告知學(xué)生正確的試管加熱方法，告知學(xué)生一旦試管加熱不均就容易爆裂。試管爆裂不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，甚至還極有可能造成安全問(wèn)題。

但是，僅僅通過(guò)教師的講述，學(xué)生對(duì)該現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)并不深刻，也無(wú)法引起學(xué)生足夠的重視。但教師也無(wú)法通過(guò)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，其原因就在于資源的浪費(fèi)。

此時(shí)，教師就可以將這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境來(lái)完成。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能夠真實(shí)地觀察到試管因?yàn)榧訜岵痪训默F(xiàn)象，進(jìn)而提高認(rèn)識(shí)和重視程度。同時(shí)，在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中也常常會(huì)用到較為稀有的金屬材料，例如，鎂條、水銀等等。

因此，教師并不能從學(xué)校得到較多的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，此時(shí)，教師可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，不但完美地顯示出實(shí)現(xiàn)效果，也避免了貴重資源的浪費(fèi)，為學(xué)校節(jié)省了財(cái)政開(kāi)支。

總的來(lái)說(shuō)，虛擬實(shí)驗(yàn)是科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的產(chǎn)物，其已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域并取得了不俗的成績(jī)。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)不僅能夠降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，還能夠有效降低實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)。這就需要教師在實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善，進(jìn)一步發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的作用，進(jìn)而，促進(jìn)初中化學(xué)教學(xué)的進(jìn)步。

作者簡(jiǎn)介：沈加旺，男，1973年11月出生，本科，就職于江蘇省鹽城市亭湖區(qū)中路港小學(xué)。

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