化學實驗能否被虛擬實驗所替代

李耀東

1 學科特點決定了化學教學離不開實驗

由于化學是以實驗為基礎的一門學科，化學的基本概念和理論、物質(zhì)的變化和性質(zhì)、物質(zhì)變化過程中各種量的關系，都是通過化學實驗探究發(fā)現(xiàn)并通過實驗不斷完善的。

例如，質(zhì)量守恒定律，是俄國化學家羅蒙諾索夫、法國化學家拉瓦錫通過大量實驗發(fā)現(xiàn)并初步驗證的。要確切證明或否定質(zhì)量守恒定律這一結(jié)論還需要更精確的實驗，但當時的工具和技術(shù)還不能滿足實驗嚴格的要求。后來，德國化學家郎道耳特、英國化學家曼萊繼續(xù)通過精確度極高的實驗再次驗證了這個結(jié)論。從此，這一定律才被科學家們一致承認。

學生學習化學不僅需要學習現(xiàn)有知識，而且需要學習當年科學家探究和獲取知識的過程和方法，培養(yǎng)學生自主探究和創(chuàng)新的能力。多媒體課件等虛擬實驗做得再精彩，也只能是一種虛擬場景的呈現(xiàn)，是對前人所觀察到的實驗現(xiàn)象所作的展示，是制作者根據(jù)自己對實驗的理解而制作的，同時制作中還會受到很多技術(shù)方面的制約。因此，多媒體課件等虛擬實驗不可能反映出實驗中偶然性的和未知的東西，用它替代實驗教學顯然是不全面的。它在教學中的作用只能是輔助教學，而不能替代真實的實驗，否則化學和化學教學將成為無源之水、無本之木。

2 離開實驗，學生將失去對化學知識的親身感受

因為多媒體課件等虛擬實驗對實驗的表現(xiàn)是一種虛擬的呈現(xiàn)，它跟書本對實驗的描述是類似的，只是改變了實驗載體和呈現(xiàn)方式，學生通過多媒體課件去“做實驗”，就像做一種虛擬的游戲，學生不可能有真實的感性認識，學生從中得到的知識和體驗將是膚淺和片面的。而真實的實驗則不同，在真實的實驗中學生親自動手并用自己的多種感官得到的體驗是真切、多方位的，是令人信服的。

例如，實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的實驗，學生動手操作時，才會不斷地遇到問題并想辦法解決問題。開始動手做實驗之前，學生需要設計實驗方案和步驟，實驗前要知道裝置是否漏氣，并選擇合適的方法檢查裝置氣密性；把藥品裝進或取出試管，需要用正確的方法；連接裝置時會涉及到儀器的位置、高度、角度等問題。此外，加熱時的注意事項，收集氧氣用什么方法，氧氣如何檢驗和驗滿等，都需要學生自己動手一一完成。自己動手做實驗的感受是其他方式無法替代的，實驗過程中如果稍有差錯還會碰到這樣或那樣的未知問題。實驗中所有的儀器、現(xiàn)象、藥品、產(chǎn)物、故障或問題都是真實的。這樣的實驗，學生自己做一次，印象就會極其深刻，記憶也會非常長久。

3 離開實驗，學生將無法提高化學實驗動手能力

學生自己動手做實驗不僅最能拉近教與學的距離，最能激發(fā)學生的學習熱情和興趣，而且最能培養(yǎng)學生的實驗動手操作能力。而實驗動手能力是學生自主探究能力形成的必要條件，是學生繼續(xù)進行化學研究的必備本領。

學生如果單純地通過多媒體課件等進行虛擬實驗學習化學，當他需要利用真實的實驗進行探究時，就會變得束手無策，根本沒有能力動手。因為虛擬場景的“儀器”跟實物的儀器畢竟是有本質(zhì)區(qū)別的，操作方式也是不同的。

然而，上例實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的實驗中，學生通過完成實驗，不僅感受了實驗過程的點點滴滴，了解了實驗室制取氧氣的一種方法，而且練習和訓練了儀器連接組裝、藥品取用、物質(zhì)加熱、氣體收集等各種操作。學生的動手能力就是在這些實驗過程中逐步培養(yǎng)和提高的。

4 離開實驗，學生將不會有新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新

化學的發(fā)展都來源于生產(chǎn)和實驗中新的發(fā)現(xiàn)。化學中每一個微小的“誤差”，或一次“偶然”和“意外”，都可能誕生一個有價值的發(fā)現(xiàn)。

例如，英國科學家瑞利在研究氮氣時發(fā)現(xiàn)，從氮的化合物中分離出來的氮氣每升質(zhì)量為1250 8 g，而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升質(zhì)量1257 2 g，這0006 4 g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作，把空氣中的氮氣和氧氣除去，用光譜分析鑒定剩余氣體，終于在1894年發(fā)現(xiàn)了氬。從而發(fā)現(xiàn)了稀有氣體一個大家族。

多媒體課件等虛擬實驗是人為設計制作的，只能按制作者的設計去展示已有的發(fā)現(xiàn)，不可能讓學生得到化學中新的發(fā)現(xiàn)，因為新的發(fā)現(xiàn)往往來自于實驗中的“偶然”或“意外”，而多媒體課件中不可能將這些偶然或意外全部涉及進去。

5 離開實驗，不可能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

世界是物質(zhì)的，對物質(zhì)世界的研究必須深入到物質(zhì)世界中去，從對具體的物質(zhì)的探究中去尋找和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，這樣才能認識這個真實的世界。化學中探究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律，就必須到化學實驗中去。

化學實驗需要嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，任何的投機取巧、敷衍了事都可能一無所獲或?qū)е聡乐睾蠊?。要成功地做好一次化學實驗，實驗中的各個環(huán)節(jié)，如：提出問題、查閱資料、設計方案、操作實施、觀察記錄、分析綜合、得出結(jié)論、拓展應用等，都需要以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，認真仔細、一絲不茍地去對待。這樣就能逐步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

6 多媒體課件等虛擬實驗在實驗教學中并非一無是處

雖然多媒體課件等虛擬實驗不能替代化學實驗，但它作為現(xiàn)代教育技術(shù)的產(chǎn)物有其獨特的作用，在化學實驗教學中也大有其用武之地。多媒體課件可應用于以下幾方面。

（1）化學反應中微觀粒子的運動無法觀察，有些變化過于緩慢不易觀察，可借助多媒體課件變微觀為宏觀，變緩慢為快速，便于學生較直觀地理解。

（2）有些危險性大且不具備安全條件的實驗，有些條件要求高或儀器缺乏的實驗，可用多媒體課件暫時代替，彌補不能做實驗的缺憾。

（3）虛擬實驗可以突破傳統(tǒng)實驗所受“時”、“空”的限制，還具有傳統(tǒng)實驗不具備的交互性，恰當利用虛擬實驗能給教學帶來很大的方便。

（4）多媒體課件還可用來指導學生實驗，幫助學生明確實驗步驟，還可以用于對某一實驗進行重復或分段講解，這對學生復習鞏固已做實驗有較大的幫助。