刍议初中化学虚拟实验的设计及应用

摘 要：目前，虚拟实验已经被广泛应用于社会多个领域。虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实（又称VR）等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

关键词：实验风险；学生的认识；资源浪费

一、应用虚拟实验降低实验风险

实验风险是任何实验操作都必须重视的问题，同时也是无可回避的问题。在初中化学实验教学中，教师也将实验的安全问题当作首要问题，在每一次实验前都会反复叮嘱学生规范地操作，进而降低实验出现安全问题。

但是，在实验操作的过程中，学生难免会因为各种因素而出现操作问题，如，滑落试管、溶液滴入过量等，这些问题即使是教师也难以避免，也就更不能要求学生百分之百不出现失误。另一方面，部分初中化学实验本身就具有一定的安全风险。例如，在初中化学第七章《应用广泛的酸碱盐》中就涉及强硫酸与浓硫酸，无论是对其的制作或是使用都存在一定的安全风险，容易对学生造成极大的伤害。

因此，在新的时代背景下，众多初中化学教师开始使用虚拟实验代替部分安全风险较高的化学实验。首先，教师可以按照教材内容对学生讲述实验的具体步骤和目的。其次，教师可以利用现代化的信息技术来进行虚拟实验，利用Virtools、Maya等软件工具进行构建。最后，通过虚拟的操作，教师就能够在虚拟的环境中展现出真实的实验效果，学生也能够从中看到真实的实验现象。

在此过程中，教师不仅完美地完成了初中化学实验教学，还通过虚拟实验完美地规避了实验风险，进而避免学生在实验过程中受到伤害。

二、应用虚拟实验提高学生的认识

随着科学技术的不断发展，虚拟实验已经在某些方面超越了真实实验的功能，它能够有效提高初中化学实验教学的效率和质量。

具体地说，初中化学实验中存在不少实验现象不明显的实验。这就导致教师很难引导学生对实验现象进行详细的观察，也就很难让学生深刻地理解与掌握实现现象，并产生牢固的记忆。

例如，在学习氧化还原反应的相关章节中，教师试图利用CO（一氧化碳）来还原氧化铁或氧化铜，但该实验的现象并不是特别明显。特别是在某些地区，实验受到气温、湿度或实验器材的影响，致使实验现象更加模糊。

在这种背景下，学生很难依靠肉眼清楚地观察到实验现象。这就导致教师精心准备的实验所取得的效果较差，教师只能通过口头描述让学生对实验现象进行了解与掌握。但这种方式明显背离了实验教学的初衷，没有发挥实验教学的作用。

因此，教师可以应用虚拟实验来增强初中化学实验现象的效果，避免外界因素对实验现象的影响，进而让学生能够清楚地观察到实验现象，以此提高学生的理解与掌握能力，最终提高实验教学的质量与有效性。

例如，在氧化还原反应中，教师可以在虚拟实验室中使用一氧化碳还原氧化铜。在实验过程中，教师就可以将颜色调节的更加明显，突显出黑色固体变为亮红色固体的实验现象。同时，针对于导管中有气泡冒出的实验现象，教师可以利用信息技术将其进行扩大，并给出特写，学生就能够对这个现象进行更深刻的认识与记忆。

通过虚拟实验，学生就能够对化学实验现象进行更清楚的观察，真正体现出实验教学的效力，进而提高初中化学的教学质量。

三、应用虚拟实验降低资源浪费

在初中化学实验中难免会造成资源的浪费，这就对初中学校造成额外的经济负担。因此，教师也可以利用虚拟实验降低资源浪费。

例如，教师在讲述基本的实验操作时必定会告知学生正确的试管加热方法，告知学生一旦试管加热不均就容易爆裂。试管爆裂不仅会造成资源浪费，甚至还极有可能造成安全问题。

但是，仅仅通过教师的讲述，学生对该现象的认识并不深刻，也无法引起学生足够的重视。但教师也无法通过真实的实验来让学生进行现场观察，其原因就在于资源的浪费。

此时，教师就可以将这项实验通过虚拟实验环境来完成。通过虚拟实验，学生就能够真实地观察到试管因为加热不均而爆裂的现象，进而提高认识和重视程度。同时，在初中化学实验中也常常会用到较为稀有的金属材料，例如，镁条、水银等等。

因此，教师并不能从学校得到较多的实验材料进行化学实验，此时，教师可以通过虚拟实验环境来完成实验，不但完美地显示出实现效果，也避免了贵重资源的浪费，为学校节省了财政开支。

总的来说，虚拟实验是科学技术不断进步的产物，其已经被应用于多个领域并取得了不俗的成绩。在初中化学实验教学中，充分应用虚拟实验不仅能够降低实验风险、加强实验效果，还能够有效降低实验资源的浪费。这就需要教师在实践中不断总结和完善，进一步发挥虚拟实验的作用，进而，促进初中化学教学的进步。

作者简介：沈加旺，男，1973年11月出生，本科，就职于江苏省盐城市亭湖区中路港小学。

编辑 王团兰endprint