依托多媒體開發(fā)虛擬化學實驗室的研究

沈 超

農(nóng)村義務(wù)教育學校的現(xiàn)狀是大多數(shù)實驗教學缺少基本條件，實驗的預習與復習一直是通過紙質(zhì)資料的學習進行的。從教學時間和實驗室管理上也無法保證學生進入實驗室操作實驗，僅憑文字性的資料很難讓學生獲得對實驗的正確理解和全面認知，甚至有的學生會懷疑實驗現(xiàn)象的真實性，實驗教學效果自然大打折扣。在這樣的情況下學生在實驗操作中不是手忙腳亂就是無所適從，不知從何下手，甚至會損壞實驗儀器，無形中增加了學生實驗的難度，同時也存在著嚴重的安全隱患。在考前復習時，常常發(fā)現(xiàn)學生對實驗理解甚少，對實驗步驟不清晰，無法靈活應用。

建立虛擬化學實驗室可以在一定程度上解決這種不利的局面，學生在進行分組實驗室前先通過虛擬化學實驗室進行模擬操作，理解和掌握要領(lǐng)。在虛擬化學實驗室中，有化學備課組提前制作的實驗輔助課件和演示視頻，學習小組可以在一體機上進行動手操作。還可以讓某一小組到教師一體機上進行操作演示，讓其他小組通過觀察找出問題進行交流。信息技術(shù)融入化學實驗不但能激發(fā)學生的學習興趣，還讓培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維成為可能，更重要的是實驗的安全性大大提高了。

一、如何創(chuàng)建虛擬化學實驗室

虛擬化學實驗室依托一體化現(xiàn)代多媒體教學示范室內(nèi)的一體機建立，實驗室擁有46臺高性能一體機，能滿足建立虛擬實驗室的需要。

虛擬化學實驗室要有一整套化學實驗教學課件和演示視頻組成的操作系統(tǒng)，這些教學課件和視頻由化學備課組分工制作完成，操作系統(tǒng)由信息中心的教師將內(nèi)容創(chuàng)建到一起，學生就能像正常玩計算機游戲一樣去操作實驗，觸摸屏的使用更是增加了學生實驗的真實感，實驗操作中出現(xiàn)了問題或是錯誤操作都會出現(xiàn)語音或文字提示，讓學生切實體驗到錯誤操作的危害，實際效果極其明顯，記憶時間明顯很長。

教師根據(jù)實驗把化學儀器和化學藥品分類放入指定的位置，并對絕大部分實驗制作相應的教學課件和視頻及動畫，供教師和學生選擇，計算機模擬的實驗現(xiàn)象非常明顯，加上動畫、文字、語音等效果的渲染，使得實驗效果大大增強。人性化的圖形界面非常有利于學生的操作，多種常用的實驗儀器矢量圖有很強的真實感。操作系統(tǒng)中的設(shè)備很多，學生要根據(jù)實驗的需要自行選擇。對教材中的實驗采用模塊化設(shè)計，每一個實驗都事先推薦了相應的化學藥品清單，學生也可以根據(jù)自己的理解添加藥品或儀器，操作簡單、容易。這樣就能實現(xiàn)與計算機之間的實時互動，通過學生近乎真實的模擬操作，規(guī)范學生正確地完成操作過程和觀察實驗現(xiàn)象。例如，在氫氣還原氧化銅的實驗中，學生最容易出現(xiàn)的錯誤就是先通氫氣，然后再點燃酒精燈進行加熱，虛擬實驗系統(tǒng)會產(chǎn)生意想不到的試管炸裂和玻璃破碎的聲音，讓學生意識到錯誤的發(fā)生。通過小組的討論會找出剛才錯誤操作的成因，使學生的思維得到培養(yǎng)的同時，對錯誤操作造成的危害記憶更加深刻。另外，計算機模擬的實驗結(jié)果為學生進入實驗室操作進行對比埋下了伏筆，方便學生對實驗的理解更深一層。學生對一些實驗有想法、有改進，可以在虛擬化學實驗室中先模擬，再與教師、學生交流，極大地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維。在真正進入實驗室進行實際操作前，可以先進入虛擬化學實驗室進行模擬演練，大大提高實驗教學的效率。另外，學生可以通過“實驗預習→虛擬化學實驗室→實際實驗操作（包括教師指導）→虛擬化學實驗室”這樣的模式鞏固所學知識，為社會實踐奠定扎實的基礎(chǔ)。

二、有效使用虛擬化學實驗室

虛擬化學實驗室包含所有初中化學教材中涉及的實驗內(nèi)容，因而只適合初中學生學習化學時使用。同時虛擬化學實驗室注重對學生動手操作能力的培養(yǎng)，因此比較適合學校組織開放型實驗探究活動，使它的利用率大大提高。

每天的課外活動時間是虛擬化學實驗室的開放時間，學生可以在教室或宿舍通過網(wǎng)絡(luò)進入虛擬實驗室，收看相關(guān)課件和實驗視頻，這樣學習積極性和主動性就有明顯提高，體現(xiàn)了以學生為主體的精神。在學生進入實驗室前，教師明確要求學生必須先到虛擬實驗室模擬演練。教師可以利用課堂對學生進行簡單的培訓和演示。

化學備課組把提前完成的課件、視頻、動畫，放入系統(tǒng)中便于所有學生使用。也常加入一些PPT，F(xiàn)lash等多媒體課件幫助學生更好地理解和掌握實驗。在進實驗室操作前，教師提前把實驗任務(wù)布置給學生，由學生通過閱讀課本、查閱資料，填寫化學備課組制定的實驗預習報告單，然后在虛擬實驗室中通過模擬演練后填寫完成實驗模擬操作的預設(shè)問題，自習課上利用小組之間的交流進一步理解相關(guān)實驗知識和實驗技能，也可以通過與教師交流解決這些問題。最后，由教師帶領(lǐng)學生進入化學實驗室進行操作，撰寫實驗報告。如果學生還是有疑問可以再次進入虛擬實驗室，對已做的實驗再次進行模擬演練，與真實的實驗多次進行對比，這樣反復的探究使學生的記憶變得更加深刻。

三、結(jié)語

虛擬化學實驗室的建立和使用使學生充分認識和探索事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，同時為學生的自我動手能力、思維創(chuàng)新能力以及實驗探究能力都奠定了良好的基礎(chǔ)。虛擬實驗室的有效開放和充分利用，給學生創(chuàng)造一個相對自由且自主的學習環(huán)境，讓學生在實驗操作之前就對實驗有了充分的理解，在鞏固實驗的同時培養(yǎng)了學生的實驗思維，還消除了一些不安全實驗的危害。學生實驗探究能力提高，聯(lián)系生活實際解決實際問題，在學有所用的過程中培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維，讓理論知識和基本實驗技能在生活中得到體現(xiàn)，進一步增強學生探究意識，促進教學改革和創(chuàng)新。多媒體技術(shù)在化學教學中的引入增強了知識的趣味性，提高了學生的創(chuàng)新能力，借用信息技術(shù)設(shè)備的交互性，通過對學生視覺、聽覺、觸覺等多種感官的調(diào)用更進一步增強了實驗效果。在使用中也存在一些問題：虛擬化學實驗室建立之初，化學備課組要提前準備大量的課件、視頻等資料，無形中增加了工作量；實驗室管理人員時間投入加大，對管理也提出了更高的要求；學生的課外活動時間不能隨意被占用等。這都需要在學校具體的工作計劃和教學管理中給予支持，才能使虛擬化學實驗室完全發(fā)揮其應有的作用。