初中化學(xué)虛擬實驗平臺支撐化學(xué)實驗教學(xué)有效開展

肖微

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而實驗教學(xué)是激發(fā)學(xué)生探索欲望、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。近年來，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)的迅速發(fā)展，實驗教學(xué)的領(lǐng)域也越來越多地出現(xiàn)了技術(shù)的影子，虛擬實驗平臺也應(yīng)運而生。虛擬實驗平臺的一系列優(yōu)點可以為學(xué)習(xí)者提供更多的學(xué)習(xí)機會和平臺，因此虛擬實驗平臺作為一種輔助教學(xué)的手段在初學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

初中化學(xué)虛擬實驗平臺簡介

在常規(guī)實驗室中開展實驗教學(xué)活動時，存在著實驗步驟完成困難、成本過高、危險過大，為了講清楚實驗原理或現(xiàn)象，需要反復(fù)實驗或隨時隨地做演示實驗等問題。

為了能夠有效解決實驗中的問題，我們開發(fā)了東師理想初中化學(xué)虛擬實驗平臺，該平臺包括虛擬演示實驗、虛擬探究實驗以及實驗儀器介紹等。虛擬實驗平臺由7個部分組成，分別有不同的功能：

（1）編輯工具：主要功能是可以根據(jù)教學(xué)需要將化學(xué)教學(xué)過程中所涉及的各類圖形、文字、音視頻、符號、圖表等集成在所編輯的文件中形成課件，并將課件保存或?qū)С銎脚_使用。（2）素材庫：主要功能是提供給用戶所需的各種圖片、視頻、動畫、音頻、文本等素材，用戶可以自由控制各種素材，以備實驗之用。（3）同步實驗：主要功能是設(shè)置與課本中同步的實驗操作，平臺中所有的同步實驗都是按照書本中的要求做的同步實驗，而且是模擬實驗，模擬操作和實際操作基本相同。目的是給予教師和學(xué)生指導(dǎo)。（4）構(gòu)建工具：主要功能是用戶可以根據(jù)需要設(shè)計整個實驗過程，這里有設(shè)計好的素材庫，用戶只需將素材按照知識庫的要求組裝起來，就可以構(gòu)建一套用戶需要的實驗裝置。整個構(gòu)建過程方便快捷。（5）輔助工具：主要功能是提供給用戶所需的輔助工具，如化學(xué)計算器、元素周期表、分子模型等工具，以備在實驗中輔助之用。（6）仿真工具：主要功能是根據(jù)屬性設(shè)置，按照實驗規(guī)律，自動生成實驗工具，由于是仿真工具，因此具有和實際操作中使用的實驗工具完全一樣的功能。（7）交互實驗：用戶可以登錄該平臺，一同進行遠程實驗操作，這是遠程交互實驗的核心技術(shù)。因為只有在網(wǎng)絡(luò)上連接到該平臺，才能真正實現(xiàn)時間和空間上的交互。

虛擬實驗平臺有效解決了常規(guī)實驗條件下難以解決的困難和問題；涵蓋了主流版本教材中所有演示和分組實驗、探究實驗；提供能夠動態(tài)調(diào)整實驗參數(shù)并根據(jù)實驗要求控制實驗步驟的虛擬實驗環(huán)境；在協(xié)同虛擬環(huán)境技術(shù)下，可實現(xiàn)合作實驗、遠程實驗、協(xié)同研究。[1]同時虛擬實驗平臺操作特別簡單，只需要按照實驗步驟一步步點擊鼠標。舉個例子：進入虛擬實驗平臺后依次點擊菜單欄——同步實驗——演示實驗——九年級上冊——分解過氧化氫制備氧氣演示實驗，我們就會看到實驗演示內(nèi)容。

根據(jù)新課程改革需要，信息技術(shù)與初中化學(xué)教學(xué)進行整合是必然趨勢，我們應(yīng)當根據(jù)實際需要合理使用，才能發(fā)揮其最佳效果[2]。

虛擬實驗平臺對感知實驗的支撐

初中化學(xué)教材中感知實驗的教學(xué)目標是使學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察增進感性認識，以便學(xué)習(xí)并牢固掌握元素及其化合物的基礎(chǔ)知識。虛擬實驗平臺提供了化學(xué)儀器、藥品及實驗裝置展示工具，常見化學(xué)反應(yīng)方程式、電子式、結(jié)構(gòu)式、元素符號及相應(yīng)的編輯工具，三維可交互展示平臺等實用工具。這些工具有效支撐了化學(xué)實驗原理不易理解、實驗現(xiàn)象不易觀察、實驗現(xiàn)象難以反復(fù)演示以及實驗微觀現(xiàn)象無法展現(xiàn)等缺憾，充分滿足了學(xué)生獲得足夠的直觀感性認識的機會。

虛擬實驗平臺對探索實驗的支撐

探索實驗的教學(xué)目標是運用實驗探索化學(xué)原理，揭示其本質(zhì)和規(guī)律。在化學(xué)實驗過程中，學(xué)生會有想嘗試探究另外一種實驗方法是否能達到共同實驗?zāi)康牡男睦恚约霸趯嶒炦^程中學(xué)生難免會出現(xiàn)錯誤操作，這樣在實驗過程中就有可能帶來危險；或者因一些化學(xué)實驗藥品稀少、成本過高，導(dǎo)致實驗無法進行。虛擬實驗平臺專門提供了探究實驗?zāi)K，教師通過平臺給學(xué)生講解實驗原理，學(xué)生可以在平臺中動手進行虛擬實驗操作，既節(jié)省時間，又幫助學(xué)校節(jié)約教學(xué)資源，而且也滿足了學(xué)生探究實驗的需求。虛擬實驗平臺既保證了實驗?zāi)苷＿M行，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練了學(xué)生思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生進行科學(xué)研究的方法和態(tài)度。

虛擬實驗平臺對驗證實驗的支撐

驗證實驗的教學(xué)目標是驗證物質(zhì)的性質(zhì)或給理論提供事實依據(jù)。但是，如果實驗所包含的基本原理不易拓展到實際生活中，或者這種實驗因步驟完成困難、周期過長等無法完成，然而在教學(xué)過程中我們卻需要這樣的實驗過程來驗證相應(yīng)的實驗原理。這時我們可以設(shè)想多種實驗結(jié)論，利用虛擬實驗平臺來設(shè)計出不同的實驗方案一一進行驗證，這樣既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生實驗設(shè)計能力，訓(xùn)練了學(xué)生發(fā)散思維能力。同時避免了實驗中帶來的高風險，又能夠避免實驗可能造成的消耗成本過高等問題。

例如，課堂上在講述實驗的過程中需要警示學(xué)生試管炸裂的危害，可我們又不能特意去破壞實驗裝置，這時虛擬實驗平臺中“實驗裝置”這一模塊就可以演示試管在加熱時外壁有水、沒有預(yù)熱直接對準藥品加熱等不正確的操作導(dǎo)致試管炸裂。還有我們學(xué)習(xí)酸雨危害這個知識點時，是無法通過現(xiàn)場試驗去當場驗證酸雨的危害到底有多大，但是虛擬實驗平臺中“探究實驗”就可以模擬翠綠的樹木在遭受人為破壞變成沙漠的整個流程，從視覺感官去教育學(xué)生要保護環(huán)境、熱愛大自然，升華到德育情感教育。

虛擬實驗平臺對訓(xùn)練實驗的支撐

訓(xùn)練實驗的教學(xué)目標是訓(xùn)練學(xué)生掌握基本儀器的性能、使用方法及使用注意事項，掌握化學(xué)基本實驗操作方法和技能。在化學(xué)實驗中可能為了講清楚實驗原理或?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯，則需要反復(fù)或隨時隨地的進行實驗操作，這樣就造成了資源的浪費。使用虛擬實驗平臺就可以幫助初中生在化學(xué)實驗中重復(fù)練習(xí)、鞏固和規(guī)范操作步驟等方面突破限制。

盡量實現(xiàn)每個學(xué)生都動手去做，爭取形成多次練習(xí)，而且平臺對實驗步驟要求嚴格，只有當前操作正確時才能進行下一步操作，從而使學(xué)生逐步達到操作正確、規(guī)范、熟練。這樣既訓(xùn)練了學(xué)生的操作技能，又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和嚴肅認真的學(xué)習(xí)風氣。

虛擬實驗平臺中有“演示實驗”這一模塊，包含了初中化學(xué)所有實驗的“操作”和“演示”環(huán)節(jié)。有一些實驗室無法完成的實驗，或者學(xué)校實驗設(shè)備有限，不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望時，這里有無數(shù)的探索空間，可以讓學(xué)生盡情的嘗試化學(xué)虛擬實驗所帶來的樂趣。

虛擬實驗平臺對活動實驗的支撐

初中化學(xué)教材中活動實驗包括：家庭小實驗、實驗習(xí)題以及教師布置的課后“動手做”?；顒訉嶒灥慕虒W(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)知識、基本技能解決化學(xué)實際問題的能力。教師可以利用虛擬實驗平臺來指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識和技能設(shè)計出科學(xué)的實驗方案，并讓學(xué)生自己利用虛擬實驗平臺進行操作，觀察現(xiàn)象、做好記錄，通過分析得出結(jié)論，同時對學(xué)生完成的實驗加以評定，肯定創(chuàng)新，指出不足。虛擬平臺不僅為我們節(jié)省了教學(xué)資源，同時也培養(yǎng)了他們進行科學(xué)創(chuàng)新的能力[3]。

工欲善其事，必先利其器。正確看待虛擬實驗平臺在教學(xué)中所起到的輔助作用。萬萬不要把優(yōu)勢變成劣勢，從而犯了畫蛇添足的錯誤；更不能將教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點棄而不顧，胡亂使用虛擬實驗平臺。在實際的教學(xué)過程中，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體，是學(xué)習(xí)的真正主人，而虛擬實驗平臺只是通向掌握知識的一座橋梁。

參考文獻

張艷麗. 基于OSG的虛擬化學(xué)實驗平臺的研究[D]. 碩士學(xué)位論文，2010.

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鐘紹春. 信息技術(shù)與課程整合的資源與軟件研究[J]. 電化教育研究，2005（03）.