初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

王美紅

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和信息多樣化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)在越來越多的領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用，人們也逐漸離不開這些高科技，虛擬實(shí)驗(yàn)便是借助多媒體和計(jì)算機(jī)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種仿真實(shí)驗(yàn)被引進(jìn)課堂，尤其是初中化學(xué)教學(xué)中后，獲得了顯著的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);虛擬實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)及應(yīng)用

化學(xué)是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)階段最主要的基礎(chǔ)科目之一，初中則連接小學(xué)與高中，是九年義務(wù)教育的最后階段，也是人生重要的分水嶺，初中學(xué)生正處青春叛逆期，心理和身體各項(xiàng)機(jī)能發(fā)育尚不完全，特別容易浮躁，化學(xué)作為理工學(xué)科較之人文學(xué)科更容易枯燥，初中生又是剛剛開始接觸，因此，若是課堂設(shè)計(jì)枯燥乏味，則使得學(xué)生上課沒有積極性，也不利于對教材的正確理解，由此可見，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。通過在初中化學(xué)教學(xué)中增加虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而增加對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提高對教材中內(nèi)容的理解。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)

（一）基本定義

虛擬實(shí)驗(yàn)，顧名思義，是依托虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，虛擬內(nèi)容包含實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象和信息資源等，對實(shí)驗(yàn)所需要的條件和實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行模擬，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模^之傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，虛擬實(shí)驗(yàn)有無可比擬的優(yōu)越性，除了成本低、操作性強(qiáng)、節(jié)省資源之外，也更直觀、更安全可靠，在科研和教育中有十分廣泛的應(yīng)用，并獲得一致好評(píng)。虛擬實(shí)驗(yàn)一般分虛擬實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)、替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)室、實(shí)物實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行分析三種類型。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的意義

《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中倡導(dǎo)化學(xué)教學(xué)應(yīng)多采用以科學(xué)探究為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)化評(píng)價(jià)的診斷、激勵(lì)與發(fā)展功能。傳統(tǒng)的初中化學(xué)教學(xué)方法并不能滿足現(xiàn)代教學(xué)內(nèi)容，也無法達(dá)到《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中對教師以及學(xué)生的要求，教學(xué)效果并不十分理想，因此，初中化學(xué)課堂中，虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用顯得十分必要。

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

（一）初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

隨著教育改革的逐漸深化，初中教育漸漸從重理論知識(shí)與技能到重創(chuàng)新與素質(zhì)培養(yǎng)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)也相應(yīng)地得到更多的重視，成為初中化學(xué)教學(xué)中不可獲取的部分。從目前的情況來看，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然取得了一定成績，但從總體上來說，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果還不盡如人意。主要存在一些問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排較少，甚至成為擺設(shè)，主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器等受到限制，教師無法正常開展有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因而采取了老舊的、以教師為主導(dǎo)，的授課模式，從而把生動(dòng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課變成枯燥、僵化的演講，不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。學(xué)生缺乏明顯的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到挑戰(zhàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)的引進(jìn)有效地解決了這些問題，虛擬實(shí)驗(yàn)不受環(huán)境、設(shè)備、儀器甚至實(shí)驗(yàn)對象的限制，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上獲得更大的選擇余地，讓初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更為靈活生動(dòng)。

（二）初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例

案例一：高錳酸鉀制取氧氣

①利用多媒體組織學(xué)生觀看虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)操作

②在虛擬教室中簡單講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟

③進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，向?qū)W生展示所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工具和材料等

④點(diǎn)擊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

⑤學(xué)生利用計(jì)算機(jī)自主進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象

⑥教師更換條件或者實(shí)驗(yàn)劑量，讓學(xué)生再次進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并進(jìn)行思考

⑦教師和學(xué)生針對虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行交流和討論

⑧教師進(jìn)行總結(jié)

（三）初中化學(xué)應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，安全可靠

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，任何一項(xiàng)不起眼的因素都有可能造成實(shí)驗(yàn)的失敗，而且化學(xué)式樣中涉及到的化學(xué)物品在不同程度上具有危險(xiǎn)性，因此需要實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)過程中秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯褚?guī)范地操作。但在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，難免需要學(xué)生自己動(dòng)手操作，如何使用實(shí)物實(shí)驗(yàn)，如何保證學(xué)生的安全，一直成為初中化學(xué)老師頭疼的問題。虛擬實(shí)驗(yàn)則大大降低了實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，在虛擬空間中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，操作過程更為精準(zhǔn)也更加安全可靠。

2.提高學(xué)生知識(shí)，簡單便捷

虛擬實(shí)驗(yàn)具有人性化的設(shè)計(jì)，給予學(xué)生更多的操作空間，并且在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以根據(jù)改變條件讓學(xué)生了解在不同的實(shí)驗(yàn)條件下可能出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，虛擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)間短，為課堂節(jié)省不少時(shí)間，又方便操作，大大提高了學(xué)生的知識(shí)和初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的效率。

3.減少資源浪費(fèi)，節(jié)約環(huán)保

實(shí)物實(shí)驗(yàn)中，無論什么實(shí)驗(yàn)都是耗材的一個(gè)過程，化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于對條件、器材、劑量要求的苛刻，不僅很容易造成浪費(fèi)資源，又沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕Y(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)完全依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，降低資源浪費(fèi)的同時(shí)也節(jié)省了學(xué)校的開支，并且實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)產(chǎn)生廢棄物，十分的環(huán)保。

隨著上世紀(jì)末的改革開放，中國社會(huì)發(fā)生深刻的變革，除了在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，當(dāng)代教育領(lǐng)域也受到了改革春風(fēng)的影響，《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》對初中化學(xué)教育提出了新的要求，意味著傳統(tǒng)的教學(xué)方式需要轉(zhuǎn)變，虛擬實(shí)驗(yàn)是結(jié)合現(xiàn)代科技與新課標(biāo)的較為理想的教學(xué)方式，已經(jīng)得到一定程度上的應(yīng)用，虛擬實(shí)驗(yàn)不僅能豐富化學(xué)教學(xué)課堂，拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的整體素質(zhì)，也能有效降低實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)，更將成為考核教師素質(zhì)和學(xué)校軟實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一。

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