浅谈仿真化学实验室在化学教学中的融合应用

刘德忠

(昆明市第一中学，云南 昆明 650031)

随着多媒体技术和网络信息的迅猛提升，虚拟仿真实验室已然成为了中学化学实验教学的有利扩充和补给。作为一个实验器具完备的综合性实验室软件，正逐步为现有的化学教学注入新的活力。仿真化学实验室克服了实体实验室的劣势和局限性，成为课堂实验教学的有力补充。在实际化学实验教学中，如将传统实验背景与虚拟仿真实验室有机契合，充实关联传统实验与虚拟仿真实验室各自等优势，不仅有利于学生实验操作技能的训练培养，还可提供丰富的实验教学资源，助力于中学化学高效课堂。

1 仿真化学实验室在化学实验教学中的应用特点

1.1 优化实验教学资源，提高课堂教学质量

仿真化学实验改善了传统的实验教学模式，学习者可以不受制于时间和空间，合理利用多媒体技术来自由选择化学实验进行模拟训练。尤其重要的是，仿真化学实验教学可以有效改善传统实验教学内容受限的现状，可丰富学生课外实验、趣味实验的拓展，给学习者提供一个自主学习的机会和平台，有力提升了一线化学课堂实验课程教学效果。

1.2 优化实验课程结构，增加课堂教学灵活性

在传统实验教材中，学习者根据给定的实验方案系列步骤，在一定时间范围内，按所给实验仪器及药品等材料，合理规范完成实验操作的全过程[1]。如今虚拟仿真实验室的存在，正将化学实验教程所需课时共划分为两大板块：其中一板块以化学药品及仪器装置的使用和目前尚无法实际展开实施的实验为主，称之为模拟仿真实验；另一板块为传统的已实际开设的可操作实验。模拟仿真实验其信息涵盖量充足，同时也节约实验者进行实操的时间，对夯实基础知识和开拓学生视野有较好的效果。根据其方便快捷、灵活操作等特点，在进行实际操作实验之前，学生可以自行模拟仿真学习，真正促成灵活开放式学习模式。

1.3 冲破时间空间限制，调动学生的主动性

实验教学中引入渗透虚拟仿真技术能够让学习者全方位角度观察实验仪器装置，这与传统实验教学借助文字图片、录像等相比极具形象生动性，更易吸引学生的专注力[2]。仿真化学实验室软件在吸引学生专注力的同时还更有利于学生学习兴致的激发[3]。合理利用该软件逐步拓宽提升实验教学进程，可有效缩短一线教学中教师授课时长和学习者的实操时间，学生学习兴趣的激发和主观能动性的发挥大大提升，学习效果事半功倍。

1.4 降低实验危险性

化学实验是学生学习化学的重要手段，在进行实际化学实验操作的过程中，学生会不可避免地接触到一些有毒的化学试剂，同时还需面临一些有危险的实验操作环节。例如，氯气的制取、浓硫酸的稀释等等。而仿真化学实验室可以为学生提供虚拟的实验场景，学生可以在虚拟实验室独自一人完成整个实验，在完成实验的过程中，学生对理论知识的理解和掌握逐步提升。在虚拟化学实验环境下出现的安全事故可以引起学生对实验操作规范的重视，但实验过程中没有毒气体的泄漏，不会危害到学生的健康。

2 虚拟仿真化学实验室在中学化学实验教学几个环节中的应用

在实际教学中，将传统化学实验与仿真实验室有机融合，将其应用于化学实验教学的各个环节。

2.1 预习实验

预习是实验教学成功的核心环节。因考虑到课时有限，在进行实操前，部分教师难以全面考查学生预习效果，故而在“实验预备”阶段，学生可通过虚拟仿真实验室充分打牢实验理论基础，模拟拼装实验仪器及化学药品，以达到预习实验的目的。为避免学习者进行化学实验只是走过场形式，在实验开始时应指导学生做足实验环节的充分准备，强调预习环节必要性，进而激起学习者参与课堂实验的兴致。虚拟仿真比纯文字的理解可以大大提升课前预习难度，该情况下若能在预习环节适当利用仿真化学实验室学生互动点击操控，便于操作者对实验现象和原理的深入理解，并能对实验目的有清晰明确的认识，学生自己能够梳理清该实验的系列操作流程，逐步掌握化学实验理论要点。例如，在初中化学“氧气的实验室制法”一课中，需要初中生进行分组探究，为保证学习者有序并安全地完成实验内容[4]，此时引入虚拟仿真实验室让学习者对实验装置仪器、系列操作流程等注意事项形成更能清晰明确的认识，在预习环节结束后，学习者更为积极完成实验学习任务，落实学习目标。

2.2 课堂探究实验

在基于现代教育技术的仿真化学实验探究活动的情景中，实验装置仪器、药品、现象等，都可以通过声情并茂的图片、动画等手段呈现大量的信息，学生可以利用已有的知识和技能对具体实验探究内容进行合理的设计，选择并组装实验仪器，灵活控制实验条件，使得实验现象更为清晰直观。在科学探究的过程中逐步理解实验原理，得出规律和结论，这些都能使学生的知识和技能得到迁移。此外，该软件还可对学生在模拟探究实验的过程进行记录跟踪。例如，在实验过程中，一旦学生使用仪器操作不当、药品错误地添加，就将会导致实验暂停或者失败，并出现必要的提示，给出正确的操作规范，以便学生的实验操作流程从模仿逐步过渡到熟练协调灵活自如，减少因存在某部分错误习惯操作而带来的实验非标准操作定势。如“常见的漂白物质及其应用”探究活动的设计，详见表1。

表1 “常见的漂白物质及其应用”探究活动的设计

2.3 复习实验

虚拟仿真实验室针对系列化学实验，明确收录详细的考试要点，学习者在课后无需身处于真实实验场景中就能回忆具体实验操作流程和数据处理等过程，增强学习者对实验操作全过程的记忆，改善学习效果。例如，在复习课上，教师可以激发学习者自主设计实验方案流程：以CuO为实验原料 (并提供其他试剂可供选择)，分析讨论如何有效制取Cu(OH)2。由经学生激烈探讨，学生给出一个最为科学的实验方案细则：氧化铜→硫酸铜→氢氧化铜。随后学生根据已设计的实验细则，将该方案应用于仿真实验室平台进行模拟操作，最终结果却呈现出三种不同的实验现象：蓝色沉淀、黑色沉淀、无沉淀。从而意味着，有一部分学生的实验尚未成功，部分学生的实验失败了。继而再深入探讨该环节实验失败的因素，学生试着不断归纳出在制取氢氧化铜时所需注意的几点事项。通过此环节，课程融入了酸、碱、盐等知识的应用，又不断促成学习者主观能动性的发挥，学生对化学学习充满了期待。

3 结语

在实际课堂教学中，培养学生动手实操能力以及小组合作探究精神，需亲历真实的实验过程来实现。在实验教学中，学习者自己动手实验是仿真化学实验室无可替代的，只有将二者有机融合，才能极大发挥其功效。仿真化学实验室是实体实验室的有利增补，其提供的直观实验理论知识和模拟拼装仪器及药品的高效平台，提升了中学生学习兴致及实验完成的效率，更加拓宽了学习者学习的视野，不断为中学化学实验理论与实践教学注入新动力。