虚拟仿真实验教学的初步探索

杨海青 刘世贵

摘 要：大数据时代，信息技术发展迅猛，网络全面覆盖到人们日常生活中，给人们的生活、工作以及学习提供诸多便利。这充分体现出信息技术对教育教学的重要性，也说明了为何要借助虚拟仿真实验来辅助高中化学教学。高中化学课程包含诸多抽象的理论知识，离不开大量的实验教学，这些化学实验普遍需要用到很多的仪器设施，对于初学者来说具有一定的操作风险，因此将虚拟仿真实验与高中化学相结合，能够保障学生的人身安全，节省器材消耗，提高实验成功率，提升教学效果。

关键词：虚拟仿真实验;高中化学;实验教学;应用策略

中图分类号：G63          文献标识码：A          文章编号：1673-9132（2022）09-0189-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2022.09.087

伴随着信息技术的发展，互联网已经逐渐渗透到课堂教学中，并彰显出显著的应用价值。在这一背景下，结合信息技术积极开展虚拟仿真实验教学，优化实验教学模式，已经成为研究和关注的重点。随着实验教学重要性的不断凸顯，广大教育者相继提高了对高中化学实验教学的重视程度。虚拟仿真实验能够给学生带来真实体验，调动视觉、听觉、触觉等多种感官，营造一个生动逼真的实验环境，从而在虚拟的实验中达到既定的教学目标。虚拟仿真实验对实验教学内容进行了丰富和拓展，促使高中化学实验学习的广度和深度得到相应的延伸[1]。

一、高中化学课堂中虚拟仿真实验教学现状分析

（一）“内容”和“骨架”分离

将高中化学教学与虚拟仿真实验相结合，若想取得理想教育成效，还需要有专业素养的教师作为支撑，现阶段，有很多公司都能提供虚拟仿真技术，而进行虚拟仿真实验教学的实施者，只有具备极强专业素养的教师才行。面对这一要求，高中化学教师要提升自身的教学能力、专业素养，设计目的明确、简单易懂、知识点丰富的虚拟仿真实验内容，之后将其专门交给软件公司来开发，进而保障虚拟仿真实验的顺利开展。然而，受资金欠缺等因素所影响，一些公司缺少相应的技术支持，难以实现“内容”所需的虚拟体系[2]。虽然专业软件公司有技术优势，但缺少对学科知识的了解，导致开发过程中存在诸多问题，这与现行的化学实验教学大纲存在显著的差异，致使化学实验教学效果大打折扣。

（二）学校方面

将高中化学教学与虚拟仿真实验相结合的关键，是教师来引导学生对实验原理与结论进行深入研究，进一步发展学生个性，引导其进行实验创新，并在开展虚拟仿真实验的过程中，验证结果是否匹配设想。要想实现这一目标，学校和教师就要加大投入力度，积极开展实验探究课，对软件做好安装与检查工作。然而现实中，学校只能提供有限的仪器，很难给全体学生都提供创新的机会，这种情况不利于在高中化学教学中实现对虚拟仿真实验教学的推广与应用。

（三）学生方面

以往的高中化学实验教学更加侧重依赖教师的演示实验，讲授相关实验原理，这种教学模式下，学生难以形成良好的学习体验，普遍认为教学内容是枯燥乏味的，缺少实际操作的机会，更遑论大胆猜想与验证。虽然虚拟仿真实验教学模式的应用，能够在各环节给学生提供更多体验、参与的机会，但是由于诸多因素的影响，如教师自身的课程设计能力，学生借助仿真实验进行猜想验证的体验与参与机会并不多。

（四）开放共享不足

调查发现，在借助虚拟仿真实验开展化学实验教学时，必须要具备健全的教学平台共享机制、管理制度等作为外部保障。但是虚拟仿真实验在开展过程中依然存在共享机制不够健全、平台管理制度不够完善、知识产权归属不够明晰等现象。在这种情况下，高中化学实验教学中的一些虚拟仿真实验只能在校内共享，难以在较大范围内实现共享。这主要是因为虚拟仿真实验在开展的时候，必须依托网络的公共教学平台，对优质实验资源进行共享、利用，并建立与其相关的机制。但目前尚未做到这一点。

二、虚拟仿真实验在高中化学课堂教学中的具体应用

（一）化学实验的分类与整合

化学实验的种类不一，想要提高虚拟仿真实验的应用效果，使其更具针对性，教师就要注重展开合理的分类、整合，让各类化学实验都能与虚拟仿真实验建立联系，从而提高其应用效率。就高中阶段的化学学习而言，根据不同的实验主题，可以划分成由教师进行演示的实验和由学生进行演示的实验;而结合化学实验结果予以定性，则可划分成化学定性实验、化学定量实验等。因此，想要更好地将虚拟仿真实验应用于高中化学教学中，教师还要联系眼下化学教学领域中使用广泛的实验资源、化学教材、信息技术、学生认知水平等，对高中化学实验进行以下类型的划分：（1）基础类实验，包括基础的实验操作、化学药品、安全措施等;（2）表征类实验，包括结构表征、性质实验、制备实验以及数据处理;（3）创新类实验，包括自制教具、探究实验等;（4）综合类实验，包括科技实验、生活实验、工艺实验。这种分类方法，既可以做到重复使用，还可以避免资源的浪费，从而促进化学教学效率的提升。

（二）智能化操作

实现教育手段现代化，并对其进行推广和创新，是开展虚拟仿真实验的硬件基础，也是提升学生课堂参与程度的关键。因此，高中化学教师应依据学生的参与程度，对智能化的操作方式进行划分。

1.虚拟仿真实验室智能操作。主要是指在特定的实验室内，依据现代信息技术作为工具和手段，将其置于特定的化学实验中开展仿真实验。化学试剂、反应、结果都可以借助特定的虚拟软件，“真实”地呈现出来，使学生在生动形象的化学实验场景中，深刻理解实验过程中的相关知识，如量变知识、质变知识。另外，在具体的实验教学中，教师还应紧紧围绕学生的实际情况，结合实验自动生成化学方程式，并在其中将化学实验过程中所需要的药品的性质、特点等全面地展示出来。

2.在“真实”情境中，指导学生亲自参与虚拟仿真实验。教师要指导学生在真实的情境中，遵循科学的实验流程，借助虚拟场景中的药品、仪器等开展虚拟实验，在保证安全的前提下参与实验实践。这种模式可以使学生在虚拟的情境中，借助虚拟的实验器材展开各种化学实验活动。

现如今，很多发达地区内的学校，都已将“DIS数字化实验系统”、虚拟仿真实验室等与化学实验教学之间进行了深入融合。相关的科研单位应加大研发工作，大力发展虚拟“实验室”，使学生在虚拟的实验情境中，高效完成化学实验。同时，虚拟的实验教学情境，也能更加智能、便捷、可重复。

（三）实验视频仿真操作

将虚擬仿真实验教学与高中化学教学相结合，教师还可以在备课阶段将虚拟实验教学的视频录制下来，然后将其上传到班级教学平台上，包括班级微信群、QQ等，指导学生在课下自行选择时间进行在线学习。首先，在课堂上给学生播放实验视频。教师在开展虚拟实验教学时，可灵活借助多媒体的方式，给学生播放相关的教学视频。这种教学视频可以是教师自身录制的实验视频，也可以是从资源库中下载的优质实验视频资源，通过多种网络平台的应用，对虚拟的化学实验视频进行直播、重复点播。视频直播可指导学生进行课前预习，重复点播则可指导学生进行自主学习。其次，高中化学教师还可以制作3D或5D虚拟实验视频，并将其播放出来，不断增强和强化学生的实验体验感，使学生在观看过程中得到犹如自己实际操作的真实感。在此过程中，学生通过“真实”的感官体验，能够促进实践意识的提升。学生在视频观看过程中，要积极展开“操作”，可以是对于实验流程的模拟演练，也可以是实验药品的勾兑。

（四）注重教师素质的提高

虽然将高中化学教学与虚拟仿真实验相结合，有利于保障实验的安全性，节约实验器材消耗，提高实验学习效率，但是依然不能忽视教师在实践教学中的重要地位。教师的教学水平直接影响最终的教学效果，学生在了解并接触虚拟仿真实验时，离不开教师的逐步引导与讲授。由此可见，虚拟仿真实验能否在高中化学教学中得到有效应用，最关键的一点就是教师是否具备相应的素质。首先，学校要重视加强信息技术教师和化学教师间的联系，给化学教师创造更多开展虚拟仿真实验教学的机会，不断加教师资质培训，促进其专业素质的提升。其次，高中化学教师应有意识地整合网络资源，促进自身专业素质的提高，以便更好地开展对虚拟仿真实验教学的创新及其特色模式的构建，并在此基础上充分发挥虚拟仿真实验教学的积极作用，实现高中化学教学水平的进一步提升。

综上所述，对于高中化学教学而言，虚拟仿真实验教学模式的应用具有重要意义，对达成高中化学实验的程序化教学有着积极影响，同时虚拟仿真实验教学能够避免出现其他意外结果。基于此，广大教师应提高对高中化学实验教学的重视程度，通过虚拟仿真实验教学模式的有效应用，来促进高中化学课程质量的提升，给学生提供更多实践机会，使其得到良好的学习体验，从而更加喜爱高中化学这门课程，以此促进学习质量与效率的不断提升。

参考文献：

[1] 叶兴琳，崔桃，喻国贞，等.基于线上线下和虚拟仿真实验技术的有机化学实验教学改革[J].广东化工，2021（2）：174.

[2] 谭惠灵，郭庆，韩景倜.虚拟仿真实验教学建设的认识论思考[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（12）：17.