关于在技师学院开展计算机模拟化学实验的构想

唐海林

摘 要： 作者从自身所在技师学院的教学现状出发，针对当前我院无机化学实验教学中存在的局限性，分析开展计算机模拟化学实验的优点，并对我院开展计算机模拟化学实验的对策进行构思。

关键词： 无机化学 化学实验 计算机模拟

无机化学是一门理论性强且知识较为抽象的学科，其对化学实验教学有较高要求。由于受技师学院学生素质参差不齐的影响及无机化学实验中有毒物质的危害影响，我院传统的无机化学实验教学模式存在较大局限性，无机化学实验教学达不到应有效果。当前改变传统的无机化学实验教学模式已成为我院无机化学教学工作的重要课题。

一、无机化学实验化学实验的局限性

1.化学实验中会接触到一些有毒化学品

在无机化学实验中，无论是学生还是教师都会接触到品种繁多的化学品，其中有一些是有毒的化学物质，像做化学实验经常会用到的氯气、一氧化碳、亚硝酸盐等。还有些化学品比如氢气等具有易燃易爆的危险性。

2.传统的化学实验室无法完成一些气体及微观化学实验

无机化学中一些非常抽象的理论知识，比如化学反应速率理论中涉及的N■O■转化为NO■的反应，由于这个反应过程中有颜色的变化，可以很好地解释化学速率的快慢及化学平衡中压力对化学平衡的影响问题，但是这个实验是气体实验，还涉及气体的压力条件，在实验室根本完成不了。另外，无机化学实验中还涉及一些物质的微观结构，比如氧化还原反应中电子的得失情况，原子核外电子排布的三个原理及原子轨道的概念，以及杂化轨道理论，等等，这些利用宏观的化学实验根本解释不了。

3.学生的学习主动性差

在传统的化学实验教学中，教师讲解实验步骤，实验注意事项，演示实验过程，学生只是机械记忆，被动接受，盲目跟随老师完成既定的化学实验，很少尝试采取不同的实验途径，从而导致学生不会积极主动地深入思考，不会自己主动地解决问题。这样的实验方式导致学生独立自主的分析问题、解决问题的能力得不到锻炼和培养。

二、计算机模拟实验的优点

计算机模拟化学实验利用现代发达的网络技术、计算机三维动画技术，模拟真实的传统化学实验的场景和实验仪器，使学生在虚拟实验台上完成实验教学项目，提交实验报告，并完成实验技能测评。与传统化学实验相比，具有以下几方面优点。

1.提高学生自主学习能力

计算机模拟的化学实验，有动听的声音解说、生动的演示画面及详尽的文字解释，综合了静态信息和动态信息，能有效调动学生的视听感官感知信息，激发学习兴趣。在模拟实验中，学生可以自主选择实验仪器和实验药品，自行设计实验，有利于培养操作能力、分析判断能力、设计能力和创新意识。

2.创设清晰直观的学习情境

无机化学中涉及的如原子轨道杂化过程、原子轨道杂化后形成的分子在空间几何的构型等微观原子轨道杂化理论，其仅靠老师讲解，学生难以理解抽象的理论知识。但是计算机模拟实验，以动画形式模拟了分子中原子在微观状态下的轨道杂化过程，通过3D技术，使学生从三维立体的角度观察到肉眼无法看到的分子结构，这样能使得抽象的知识直观化。学生在清晰直观的情境中能有效提高学习效率。

3.实验过程绿色环保且安全

大多数化学实验试剂具有易燃、有毒和腐蚀性特点，并且实验过程中难免排出废气、废水，污染环境。但是计算机模拟化学实验，有效避免了使用有毒化学品，实验过程中学生不必进行具有危险性的实验操作，从根本上消除了较多不安全因素，也避免了实验后废弃物产生，绿色环保。计算机还会模拟一些点燃可燃性气体，由于未验纯度而造成的爆炸事故及一些由于操作不当而造成化学药品污染的现象。通过这些错误实验操作的模拟，能让学生亲身感受到错误操作带来的严重后果，从而发挥提醒与警示的作用。

三、技师学院引进计算机模拟化学实验的对策构思

根据技师学院人才培养的目标，其可以将计算机与化学实验结合，构建“一体化”的化学教学体系。通过教师的专业理论教学联系实验实践教学而达到化学教学中培养生产、建设、管理及服务所需的高技能人才培养的目的。以我院的材料系为例，材料系化学教学有条件实行“一体化”教学模式。

当然“一体化”教学模式的实施，需要我院材料系在原有教材、场地及师资等方面加以改进与优化。另外，材料系在实行“一体化”教学模式时，应该积极借鉴我院自动化系和机电系采用的“双师”教学模式，促进“学生乐学、教师愿教、教学相长”的良好局面的形成。为此，我院材料系应该从如下几方面开展工作。

1.教材一体化

实施教材一体化，需要将传统教材改为任务驱动型教材。传统教材侧重理论知识，专业操作技能所占比例太少，导致学生迟迟不能建立起专业意识。其实，经过多年教学实践，一些专业教师都积累了较丰富的教学经验，能够清晰了解学生在某一阶段所应掌握的实验操作技能与毕业技能鉴定标准，让教师编制适合学生的任务驱动型教材，有较大可行性。

2.教学场地一体化

实施教学场地的一体化，需要我院建设既能适合理论教学又能进行化学实验操作技能实训的“一体化”教学模式的实验室。只有在这种一体化教学场所中，学生才能一边听老师讲解一边进行实验操作，还有利于老师及时纠错。现阶段我院材料系要积极进行微机室改进，在微机中装上相应的计算机模拟化学实验软件，为材料化学一体化教学提供保障。

3.“双师”型教师

我认为应该将教学场所设在微机室内，对微机室稍做改进。从而在原有教学基础上，由专业基础课理论教师先讲解理论知识，再应用计算机模拟化学实验过程。让学生进行多次训练，以熟悉和掌握实验操作步骤。待学生真正掌握实验技能后，由教师引导学生在化学实训室内进行全真化学实验操作，达到化学实验操作的目的。