化学化工虚拟仿真实验的研究

摘要：化学化工是以实验为基础的学科之一。随着信息技术的快速发展，虚拟仿真实验在化工化学教学中的运用满足了化学学科的实际需求，实现了实验教学与现代技术的深度融合，有助于培养专业化、应用型的人才。虚拟仿真实验能够营造良好的实验氛围，进而提高化学化工学科的教学质量和教学水平。虚拟仿真实验在化学化工教学中的运用，解决了传统操作中的各类问题，克服了传统实验环境的难题，为相关实验提供优化的实验教学资源。由虚拟仿真实验特点切入，简述其应用价值，从便捷实验操作等方面讨论具体应用策略。

关键词：化学；化工；虚拟仿真实验；环境化学是以实验为基础的自然学科，需要学生能够通过实验对理论知识进行验证和研究。随着教育规模的不断扩大，化学实验设备以及实验环境需要投入大量的人力，物力，财力，传统的化学实验教学已经不能够满足学生的学习需求，影响了学生的化学化工学习效果［1］。信息时代下，将虚拟仿真实验运用到化学教学中，节约了实验的成本和相应的人力，克服了传统化学实验教学中的局限和不足，有效地提高了化学实验教学的水平，促进了学生化学核心素养和综合素质的发展［2］。

1虚拟仿真实验及特点

虚拟仿真实验是信息时代下的产物，能够实现远程协作和实验研究，利用信息技术，采用虚拟化的实验，为学生提供实验的机会和平台，使学生能够通过虚拟仿真实验切实地感受到实验的过程，这是现阶段化学化工教学中所运用的教学方法之一。虚拟仿真实验主要通过分布式信息通信技术来运行，采用虚拟现实技术，将化学实验实现电子化和虚拟化，为学生提供逼真的实验声音和现象，具有仿真性强、可重复操作、安全性高等特点，学生能够通过虚拟仿真实验来进行动手实践，加深对化学知识的学习和理解［3］。

虚拟仿真实验具有沉浸感、交互性、开放性和可扩展性等四个特点。沉浸感是指虚拟仿真实验能够完全地将化学实验过程以及实验中的变化为学生呈现，对于化学化工生产中的温度，压力等都能够做到实时的仿真，使学生在运用虚拟仿真实验进行化学实践时，可以直观地感受到状态和成分等数据的变化，让学生在与真实实验情景相似的虚拟环境中，体验化学实验的过程；虚拟仿真实验具有较强的交互性，含有一定的交互功能，学生可以通过虚拟仿真实验来模拟真实的化学化工生产情境，使学生能够通过直观的感受来对化学知识进行学习，进而培养学生的化学综合素质和核心素养；开放性是指虚拟仿真实验是依靠信息技术和网络技术来发展的，不局限于具体的场景使用，学生可以在任何时间和地点通过登录虚拟仿真平台来进行仿真实验，为学生提供更多的学习空间和时间，提高学生的化学化工学习质量和学习效率；虚拟仿真实验具有可拓展性的特点，在平台上学生可以对虚拟装置进行灵活的组合和更新，按照自己习惯的方式对软件进行升级，具有较强的可拓展性。

2化学化工虚拟仿真实验的应用价值

虚拟仿真实验在化学化工教学中的应用，能够调动起学生的实验兴趣和实验积极性，具有可重复操作、安全性高等特点，为教师和学生提供自由探究的虚拟空间，有效地提高化学化工教学的质量和水平。虚拟仿真实验在化工化学教学中的运用，体现为人机交互和虚拟现实等技术，通过为学生提供逼真的实验反应和声音来呈现出真实的化学实验情境，学生和教师都可以通过虚拟仿真实验来进行化学实验探究，调动学生对化学实验的积极性和兴趣，在学习理论知识的基础上自主地通过虚拟实验对化学知识进行验证，促进学生化学核心素养和综合素质的提高。虚拟仿真实验在化学化工教学中的运用，能够实现传统实验室中无法提供的化学实验项目。化学学科作为以实验为基础的自然学科，会涉及大量的化学实验，有些化学实验由于成本较高或者化学反应会产生环境污染等，使学生在学习时无法通过实验室来进行化学实验，因此，在教师化学化工教学中运用虚拟仿真实验，借助虚拟的实验室来进行实验，满足学生的学习需求，在提高实验安全性的同时，能开展化学学习中的所有实验，促进了学生学习到更多的知识。

3化学化工虚拟仿真实验的运用方法

3.1通过虚拟仿真，便捷实验操作

化学化工会涉及一些较为复杂的实验，学生如果仅在学习理论知识的基础上进行实验，由于缺少实践经验或者对于实验中运用到的工具缺少了解，无法开展实验，使理论知识与实践过程出现脱节，对化学化工专业学习造成不利影响。因此，在化学化工教学中运用虚拟仿真实验教学，利用虚拟仿真实验为学生提供实验的机会和平台，学生能够在虚拟实验中进行多次实验，提高对知识的理解，积累实验的经验，从而促进学生化学核心素养和综合素质的提高。

教师在化学化工教学中运用虚拟仿真实验来提高实验的教学效果和教学质量。教师在学生实验开展前需要对实验中所涉及的物品以及设备进行讲解，使学生能够具备专业化的知识后再开展实验，加深学生对化学知识的学习和理解，提高实验的成功率，帮助学生树立化学学习的自信心，为学生以后的学习和工作奠定良好基础。例如：在利用虚拟仿真实验进行化工企业常涉及的实验时，由于学生缺少实验的经验，加之化工企业中涉及的实验都较为复杂，学生无法在真实的实验室中展开实验，教师可以鼓励学生在虚拟仿真平台上开展实验，在确保学生实验安全的基础上，提高实验教学的质量和效率。

对于化工企业中运用到的设备，像管式加热炉单元、精馏塔、离心泵装置、硫化床装置、液面控制装置、真空系统操作单元等，虚拟仿真平台上都有相应的虚拟设备，学生可以通过这些虚拟设备来开展虚拟实验。虚拟仿真实验可以为学生呈现出与真实实验相同的化学反应和化学过程，使学生在反复实验的过程中积累化学实验的经验，通过实践过程，对化学知识做到深入的探究和理解，进而提高学生的实践动手能力和化学核心素养，促进学生综合素质的全面发展。

3.2构建模拟计算，避免实验污染

化学实验过程中会使用到大量的化学物质，学生在学习化学知识时可能不会一次性就取得实验的成功，多次实验又会产生大量的实验废弃物，造成环境污染。将虚拟仿真实验运用到化学化工实验教学中，能够有效地解决实验废弃物等问题。因为虚拟仿真实验是通过虚拟技术将实验的真实场景呈现给学生，学生在虚拟场景中可以进行重复操作、多次实验，并且实验过程中不会产生实验废弃物，可重复操作的特点也为学生提供了多次实验的机会和平台，这是提高学生动手操作能力和知识探究能力发展的有效方式。

教师在利用虚拟仿真实验开展化学化工实践教学时，可以运用虚拟仿真实验中的模拟计算中心，对化学实验中的化学反应以及化学物品的配比进行精确的计算，提高学生的化学实验成功率，使学生通过虚拟仿真实验的计算中心来得出科学合理的化学实验配比，从而帮助学生树立化学学习的信心，促进学生化学核心素养的发展。学生在虚拟仿真实验中进行多次的实验，按照所学过的化学理论知识对复杂的实验利用模拟计算中心来进行计算，得出科学准确的化学实验操作方案，为后续开展实验奠定良好的基础。教师运用虚拟仿真实验开展化学化工实践教学，给予学生多次实验和试错的平台，使学生运用虚拟仿真实验和模拟计算中心来多次调整自己的实验方案，促进学生分析能力和判断能力的发展，进而提高化学化工教学课堂的质量和教学水平［4］。

3.3优化实训形式，加强实验交流

化学作为一项以实验为主体的基础学科，在实验过程中会涉及大量的合作交流性的实验，需要多人来进行实验。因此，教师在化学化工教学中运用虚拟仿真实验来提高教学质量时，需要优化虚拟仿真实验的教学模式，采用小组合作的方式来提高学生的交流沟通能力，从而促进学生养成良好的合作习惯，提高学生的综合能力，包括团队协作能力等。教师在运用虚拟仿真实验开展化学化工教学时，需要注重学生交流沟通能力和团队协作能力的培养。在设计实验时，选择多人协作的实验来鼓励学生运用虚拟仿真实验进行合作探究，促进学生实践操作能力和创新能力的全面发展。例如：在开展“丙烯酸甲酯工艺”实验时，由于实验过程较为复杂，需要多个学生来共同完成实验，教师便可以运用这个实验来提高学生的合作交流能力。教师在开展实验教学前，可以先为学生进行讲解丙烯酸甲酯工艺的工艺流程，使学生对于实验的过程有一个基本的了解，为后续开展虚拟仿真实验奠定良好的知识基础。教师在讲解理论知识后，将全班同学分成多个小组，小组间通过交流合作来共同完成实验，对实验所得的数据要做真实有效的记录，小组内的学生通过交流合作发散自己的思维，提出实验意见，通过小组合作来完成实验操作，进而促进学生交流沟通能力和实践动手能力的提高。化学化工中运用虚拟仿真实验为学生交流沟通提供了一个良好的平台，小组内的成员可以发表自己的意见，并运用虚拟仿真实验进行多次试错，最终得出最佳的化学实验结果，促进学生化学思维能力和实践交流能力的稳步发展。

4结语

随着互联网时代的到来，信息技术为化学化工提供了新的实验模式。将虚拟仿真实验运用到化学化工教学中来，加深了学生对化学知识的理解，提高了学生动手实践能力，做到了化学实验教学与信息技术的深度融合，促进了化学实验质量和水平的提高。虚拟仿真实验在化学化工教学中的运用，给予学生多次重复化学实验的机会，多次开展实验，进一步加深了对化学知识的探究和理解，实现了化学实验教学的根本目的，促进化学化工行业的发展。

参考文献：

［1］王金龙，王翠枝.化学化工虚拟仿真实验教学改革与探索［J］.广东化工，2023，50（5）：205206，228.

［2］王彬，秦川丽，刘一夫，等.化学化工虚拟仿真实验教学中心建设与实践［J］.大学化学，2022，37（2）：134141.

［3］刘小娟，吴锋景，颜东.虚拟仿真混合式实验教学在应用型本科院校化工专业的探索［J］.科技资讯，2022，20（21）：171174.

［4］陈婷，罗迎春，吴怡逸，等.新工科背景下化学化工虚拟仿真实验教学探索［J］.山东化工，2020，49（14）：225226.