基于仿真实验平台促进汉中地区化学实验教学工作的研究

赵爽 史娟

摘 要：化学实验教学是化学教学的重要组成部分，是学生掌握知识、提高科学素养的重要途径。汉中受当地学校实验环境、条件等客观因素的制约，造成了学生实验操作技能匮乏、对化学实验探究活动缺乏兴趣等一系列的问题，制约了学生科学素养的发展。为改变此困境，切实提高实验教学质量，教师可以尝试采用一种信息化应对策略——化学仿真实验平台，它为教与学提供了虚拟的仿真实验教学资源。教师可以通过虚拟情境改进实验教学方法，从而提高教学质量。

关键词：化学实验教学;化学仿真实验平台;科学素养

中图分类号：O611-4;G652 文献标识码：A 收稿日期：2019-04-11 文章编号：1674-120X（2019）23-0071-02

实验教学是基础教学活动的一个重要环节[1]，化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径。《普通高中化学课程标准（实验）》中指出：化学实验有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。化学教育家戴安邦教授说过：“化学实验课是全面实施化学教育最有效的教学形式[2]。”在新课程改革大力推行的今天，化学实验还是培养学生创新精神和科学探究能力的重要途径，因此化学实验在化学教学中有着举足轻重的地位。

受多种主客观因素的限制，化学实验在实施中有诸多问题，实验教学现状不容乐观，传统实验的教学模式越来越难满足教学发展的需求，因此采用科学手段提高化学实验的教学质量刻不容缓。

一、汉中市中学化学实验教学现状

本文以陕西省汉中市8所中学为例进行调查分析，共调查了8所中学中的教师，其中重点高中三所，普通高中三所，民办高中两所，共调查教师52人，在化学实验教学中突出的问题如下。

（一）实验开放程度低，学生参与度不高

我通过对汉中市中学实验条件和设备的调查发现，汉中市多数学校开设的实验室数目较少，两间以上的占25%，大部分学校仅有一间实验室。药品配置缺乏，药品配置完整的仅占16.3%，并且大部分学校只有简单的设备。

在化学教学中，放弃化学实验的主要原因是缺少实验仪器，这导致学生只能观察甚至记忆背诵实验过程，因而其实验参与度不高，实验操作和技能缺乏，实验教学于学生而言仅为纸上谈兵。

（二）实验教学方式单一，教学效果不佳

通过对实验教学情况的调查，我们可以看出当前化学实验教学模式单一，61.2%的教师选择用多媒体进行演示实验，学生独自操作实验较少。在选择实验的类型时，81.6%的教师选择的实验类型为考试中可能会考的实验，很少考虑学生的兴趣和探究能力是否能因此提高，而是以应试教育为主，这导致学生学习兴趣不高，实验教学难以达到预期的效果。

（三）实验探究能力缺失，学生综合素质不强

通过对实验课开设情况进行调查我们可以看出，73.5%的学校开设实验课的类型主要为验证性实验，实验材料也主要来自课本。49%的学校在实验中主要以实验操作是否规范为培养的重點，探究性实验和与生活息息相关的实验材料相对缺乏，实验内容缺乏趣味性和生活性。在化学实验教学过程中，教师由于缺乏培养学生进行化学实验的兴趣和综合能力的意识，导致广大学生实验探究能力缺失，学生的综合素质和科学素养不强。

二、仿真实验教学

随着信息技术的发展，化学实验也进行了革新。仿真实验的出现，改变了传统的实验教学。当前化学虚拟实验研究大多局限于大学实验，但随着计算机在教学中的广泛应用，基于全球化智能信息网络的分布式、开放式、个性化，以学生为中心的双边交互的现代教育是未来教育发展的必然趋势[4]。

（一）仿真实验教学平台

仿真实验教学平台是一种将化学体验式学习课件、教学视频、教学常用工具等教学资源集成在一起的平台，具有主体性、实践性、智能反馈性、情景虚拟性、学科科学性、开放整合性等特点，对学生知识的建构及各项能力的培养有着显著的作用。仿真实验可替代有毒、装置较复杂和实验条件不易控制的实验，符合绿色环保和安全意识。

（二）仿真实验的特点

中学化学仿真实验平台是指操作者根据一定的实验要求，运用化学知识与技能自主选择化学实验仪器、设计组装实验装置等的一个虚拟实验设计场景。平台主要有以下几个特点。

1.仿真性

仿真性是指平台中的化学仪器、实验操作过程、产生的现象与真实实验具有很大的相似性，既可以满足学生观察实验的需要，又可以弥补真实实验中不易观察到现象的不足，让学生在虚拟实验的场景中有身临其境的感觉。

2.可重复性

在真实实验中，受开设实验室的时间和实验室药品有限的制约，学生无法多次进行实验。但在仿真实验平台中，可进行实验前的虚拟练习，又可以让学生随时随地复习，掌握实验的内容和操作方法。

3.交互性

交互性指在实验平台中，实验所需要的药品和仪器均可以通过拖动和点击鼠标来实现仪器的移动、组装、和实验的引发，这一特点可帮助学生了解和正确组装实验仪器，进而成功地完成实验，同时也为学生进行化学实验探究提供了条件。

4.安全环保性

针对化学实验中有毒且有安全隐患的实验，教师利用仿真实验教学，既可以保证学生的安全，又可以使实验顺利进行。

（三）仿真实验与真实实验的比较

仿真实验平台与真实实验有各自的特点和优势，如何更好地利用两种教学手段以达到最好的教学效果，需要对两种教学手段进行分析，分析对比如表1。

对真实实验和虚拟实验的特点进行对比发现，真实实验的不足正是虚拟实验的优势，因此在教学活动中，应该充分认识二者在实验教学中的优势和不足，取长补短，相互配合，以达到更好的实验教学的效果。

三、合理利用仿真实验的教学策略

在化学实验教学中，要培养学生的思维能力和动手操作能力，就要合理安排和利用仿真实验平台，以达到更好的教学效果。

（一）利用仿真实验平台进行“前实验”

“前实验”是指在做真实实验之前，学习者所做的与实验相关的一切知识和技能方面的准备。通过“前实验”对实验目的、实验所需的仪器和药品、实验原理、操作步骤、注意事项进行预习，学生对实验有整体的了解。但由于缺乏可视的仪器，学生在头脑中难以进行有效的实验模拟，导致预习效果大打折扣。但是若利用仿真实验平台进行实验的预习操作，可以使学生较为直观地熟悉实验仪器，领会操作步骤和了解操作规范，从而使预习工作达到理想的效果。同时，经过虚拟实验，在做真实实验时，学生就可以避免操作步骤错误，出现仪器损坏和浪费药品甚至产生危险操作的现象。例如，在做虚拟实验连接仪器时，如果连接错误，系统则会提示错误，需要重新连接，只有仪器连接正确才能进行下面的步骤。这样的实验安排，使学生在进行实验前能做到头脑清晰、胸有成竹，既保证了实验顺利安全进行，又保证了教学效果。

（二）学习和模拟实验

仿真实验具有很强的真实性和立体感，学生可以利用此平台通过鼠标的移动和点击，自行组织安装仪器，并进行实验操作，仿佛置身于真实的实验室环境中，达到学习实验的目的。

（三）进行探究性和拓展性实验

在教师的引导下，学生可以自己设计实验，并进行实验操作、实验评价、实验反思等一系列的探究活动。正是仿真实验平台提供的探究空间，让学生可以自主選择自己的学习目标、学习内容、学习方式、学习时间与学习地点进行实验探究活动，观察实验现象，理解实验原理。发现实验规律。这有利于学生学习知识、技能迁移的实现，学生亲自探索知识，使自己变为知识的发现者。通过长期的锻炼，学生的创新思维能力必将得到很好的培养。

（四）巩固复习实验，提高问题解决能力

利用仿真实验，可以围绕实验的重难点，有针对性地帮助学生查漏补缺，巩固和复习所学过的实验，使学生进一步掌握实验原理，熟悉实验内容，巩固实验知识，完善认知结构，提高复习教学的针对性和有效性。将实验操作与实验原理结合，有利于培养学生问题解决的能力。

四、结语

化学仿真实验平台在实际的化学实验教学中有着自己独特的优势，但它并不是一把万能钥匙，同样也不能代替传统的真实实验。它的应用要与学校的客观条件、学生的知识储备相结合，秉承科学性、针对性的原则，作为一种辅助手段与真实实验相结合。教师应找到二者在教学中的结合点，取长补短，才能提高化学实验的教学效果，进而激发学生学习化学的兴趣，培养学生的科学态度和价值观。

参考文献：

[1]叶 澜.中国教育学发展世纪问题的审视[J].教育研究，2004（7）：3-17.

[2]戴安邦.全面的化学教育和实验室教学[J].大学化学，1989（1）：1-7，30.