導(dǎo)語：虛擬實驗室在化學(xué)的運用探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】實驗教學(xué)是高?；瘜W(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，近年來，隨著高等教育觀念的更新、手段的改進、計算機化學(xué)的興起和化學(xué)知識的創(chuàng)新，使計算機模擬化學(xué)實驗成為可能。借助計算機模擬手段，可以解決化學(xué)實驗教學(xué)課時不足的問題，并根據(jù)具體實驗操作，盡可能避免直接接觸危險及有毒的化學(xué)藥品，減少廢棄物的排放，提高學(xué)生的環(huán)保意識，從而達到提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)水平的目的。

【關(guān)鍵詞】虛擬實驗室計算機模擬多媒體技術(shù)

在高等教育實現(xiàn)大眾化的今天，由于眾多主客觀因素制約，國內(nèi)許多高校教學(xué)質(zhì)量有所下降，特別是在實踐教學(xué)中，出現(xiàn)重視課堂理論教學(xué)，忽視成本高、難度和質(zhì)量彈性都較大的實踐教學(xué)。在全球競爭高度激烈的時代，市場經(jīng)濟對人才所具備的創(chuàng)新精神、實踐能力的要求越來越高，如果高校所培養(yǎng)的學(xué)生理論基礎(chǔ)與實踐能力脫節(jié)，學(xué)生將無法立足于當(dāng)前的市場經(jīng)濟，因此，加強高校實踐教學(xué)工作是我們必須要解決的重要任務(wù)。

目前，國家已將培養(yǎng)適應(yīng)新世紀現(xiàn)代化建設(shè)所需要的具有創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神高素質(zhì)人才列為高等教育戰(zhàn)略工程，這種人才只有通過系列的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能得到有效的培養(yǎng)。而我校許多學(xué)科專業(yè)都屬于實踐性較強的應(yīng)用型專業(yè)，如何將學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力有機結(jié)合起來是我們面臨的難題，下面就如何培養(yǎng)提高學(xué)生的實踐能力談幾點自己的認識：

我校實驗教學(xué)計劃主要設(shè)置有無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)、儀器分析以及物理化學(xué)等實驗課程，實驗教學(xué)分散在各門理論課程中，教學(xué)主要按照理論課講授的內(nèi)容順序自成體系，各門實驗教學(xué)課程尚未進行整合形成一個科學(xué)系統(tǒng)的實驗教學(xué)體系，內(nèi)容存在重復(fù)、脫節(jié)現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；實驗教學(xué)內(nèi)容簡單分散，多為一些驗證性的實驗，實驗內(nèi)容的深度和廣度也不夠，知識也不能及時得到更新，學(xué)生很難將化學(xué)知識和操作技能應(yīng)用到工作中去解決實際問題；實驗的教學(xué)手段基本上采用傳統(tǒng)的一塊黑板、一套舊式儀器設(shè)備、一本實驗教材，缺乏計算機多媒體和先進儀器等現(xiàn)代化教學(xué)手段，教學(xué)方法主要是學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師重點講解和指導(dǎo)，學(xué)生按實驗指導(dǎo)書“照方抓藥”，進行機械式操作，最后填寫實驗報告，學(xué)生缺乏獨立思考和自己設(shè)計實驗的能力；實驗教學(xué)課時安排偏少，培養(yǎng)學(xué)生動手能力的實踐時間不能得到充分保證。

鑒于以上事實，我們認為虛擬實驗室的建設(shè)將在一定程度上解決目前存在的問題，有助于培養(yǎng)和鞏固學(xué)生掌握實驗基本理論、知識、方法、技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和綜合分析、解決問題能力以及培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力。其依據(jù)在于：化學(xué)虛擬實驗室充分利用計算機多媒體的技術(shù)，將化學(xué)實驗過程中的文、圖、聲像、動畫各種因素有機組合在一起，把一些抽象理論、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、虛幻情景、跨越時空等因素，通過三維動畫、視頻圖像、虛擬現(xiàn)實等手段形象生動地展現(xiàn)出來，使學(xué)生通過多種感官刺激全方位地獲取豐富的信息，學(xué)生對實驗過程和實驗現(xiàn)象觀察得很清楚，讓學(xué)生在計算機上操作也能達到身臨其境的效果，這樣就可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，起到良好的教學(xué)效果。

一虛擬實驗室的建立有利于彌補實驗課時較少的問題

化學(xué)虛擬實驗室的建設(shè)，可以彌補實踐教學(xué)課時不足的問題，擴大學(xué)生的信息量。實驗教學(xué)是一種手腦并用的學(xué)習(xí)方式，既要動手操作又要動腦思考。但是由于實驗課時的限制，往往一個實驗環(huán)節(jié)需要在2～3個學(xué)時內(nèi)完成，教師只能將儀器的使用和實驗方法進行簡要的示范和描述，一般很難有足夠的時間對整個實驗過程進行詳細的演示，學(xué)生也沒有充足的時間去思考，實驗經(jīng)費不足，儀器數(shù)量少，不能滿足學(xué)生人人都能動手進行操作訓(xùn)練，學(xué)生在實驗過程中難免出現(xiàn)各種各樣的錯誤，導(dǎo)致最后得不出正確的實驗結(jié)果，甚至在實驗課結(jié)束后，對所做實驗內(nèi)容仍是一知半解。因此采用新的教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，充分利用學(xué)校的校園網(wǎng)，在保證原來實驗課的基礎(chǔ)上，利用學(xué)生的課余活動時間，開通計算機網(wǎng)絡(luò)進行虛擬模擬實驗，其具體做法是：將實驗內(nèi)容制作為教學(xué)軟件上傳校園網(wǎng)，使學(xué)生不受時間、地點、場所的限制，打開校園網(wǎng)就可以進行模擬實驗，這樣既可以節(jié)省經(jīng)費，減少環(huán)境污染，又能為后續(xù)實驗奠定基礎(chǔ)，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量，達到預(yù)期的實驗?zāi)康?。其次虛擬實驗室的開發(fā)將知識性、趣味性融為一體，教學(xué)方法上采用啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動參與，從而有利于提高學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

二虛擬實驗室的建立有利于學(xué)生加深對實驗安全規(guī)范的認識

化學(xué)實驗試劑大多數(shù)具有易燃、劇毒、腐蝕性，在實際操作過程中要求學(xué)生高度認真，以免失誤導(dǎo)致事故發(fā)生。虛擬實驗室的建設(shè)可以為學(xué)生提供一個虛擬的實踐空間，加深對實驗安全規(guī)范的認識，例如，通過虛擬實驗室計算機模擬出實驗中的錯誤操作，將水倒入濃硫酸中，液體沸騰并飛濺，并配上適當(dāng)?shù)膱D像、聲音，從而使學(xué)生親自感受錯誤操作的危險性，提醒學(xué)生避免這些錯誤的發(fā)生，這樣就會給學(xué)生留下深刻的影響，對實驗中的安全規(guī)范操作引起高度重視，降低化學(xué)實驗室事故發(fā)生的概率，即使出現(xiàn)危急情況，學(xué)生在虛擬實驗室的訓(xùn)練也有助于他們及時正確的處理。

三計算機模擬有利于學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固

學(xué)生做完實驗后，由于受到主客觀條件的限制，一般難以再安排進行重復(fù)實驗，因而實驗知識往往得不到鞏固。如果將實驗內(nèi)容設(shè)計成教學(xué)軟件，學(xué)生則可以自由地選擇時間和地點進行多次的模擬實驗，這無疑是對實驗課的一種有力補充。例如，在分析化學(xué)實驗?zāi)M電光天平的使用，利用計算機模擬可達到以下效果：

1．演示

將拆散的天平部件逐一放在正確的位置，同時采用文字和語音提示該部件的名稱、用途以及使用時的注意事項等，當(dāng)組裝完成后，再演示稱量操作的步驟。在該過程中，其動畫圖像清晰、逼真，語音提示可以加深學(xué)生對實驗步驟的重視和理解，相比之下常規(guī)演示實驗難以達到這種效果。

2．練習(xí)

給出拆散的各天平部件，讓學(xué)生自己去完成組裝和稱量練習(xí)，每一個操作步驟都給出正確與否的判斷，若錯誤則提示正確的操作方法。

3．鞏固

給出實驗器材，在沒有正確提示的前提下完成所有操作，正確時給出歡快的掌聲；錯誤時則指出其錯誤，同時給出提示并給予鼓勵至完全正確。

4．測試

在沒有任何提示的情況下完成所有操作，根據(jù)操作情況和所用時間計分，并在最后給出錯誤所在，因此這種計算機模擬實驗?zāi)Ｊ酵耆梢猿蔀檎n堂教學(xué)的有力補充。

四虛擬實驗室的建立有利于保護環(huán)境

常規(guī)的化學(xué)實驗中不可避免地要消耗大量的藥品和水資源，實驗過程中伴隨著有毒氣體、廢水以及有害物質(zhì)，這既污染環(huán)境，又影響實驗效果，既不利于學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，也不利于環(huán)境保護。因此在保證實驗教學(xué)目的的前提下，對化學(xué)實驗內(nèi)容進行大幅度改革和調(diào)整是非常必要的，例如，在學(xué)習(xí)硫的知識中可設(shè)計成模擬實驗：（1）模擬硫與氧氣反應(yīng)，指出生成的SO2是酸雨形成的主要成分之一，若直接排放到大氣中，就會產(chǎn)生環(huán)境污染；（2）模擬實驗室中溫度計摔碎后對汞的處理，在汞的表面覆蓋一層硫粉，以防發(fā)生汞中毒等等，由于多媒體模擬化學(xué)實驗，畫面生動、逼真，特別是將反應(yīng)過程慢放和重播，學(xué)生能清楚的觀察實驗過程和實驗現(xiàn)象，這就大大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在掌握知識的同時又可以加強環(huán)保意識，從而起到良好的教學(xué)效果。

虛擬實驗室的建立突破傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式單一的局限，學(xué)生課前進入虛擬實驗室，利用多媒體虛擬操作進行前期實驗準備工作，后期在實驗過程中具體操作將有助于提高學(xué)生實踐能力，其具體操作程序為：

1．建立虛擬實驗室運行網(wǎng)絡(luò)平臺

通過建立網(wǎng)站教學(xué)平臺，為學(xué)生營造一個完全自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以在該環(huán)境中通過自學(xué)、模擬、回答問題等多種學(xué)習(xí)方式，在實踐中得到提高。

2．化學(xué)實驗演示以及模擬課件的研制

研究、開發(fā)、制作化學(xué)虛擬實驗室支撐軟件，管理和開發(fā)有關(guān)實驗教學(xué)資源庫，通過對實驗教學(xué)資源的整理、存貯、加工、修改、整合以及維護等，使資源庫不斷完善和發(fā)展。

3．化學(xué)實驗內(nèi)容的整合和優(yōu)化

為了使學(xué)生系統(tǒng)掌握化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的實驗技能，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)、提高綜合分析問題和開展科學(xué)研究的基本思路，看準國內(nèi)外實驗教學(xué)改革的趨勢，加強對學(xué)生實驗技能培養(yǎng)的系統(tǒng)性和連貫性，遵循教學(xué)規(guī)律和認識規(guī)律，并結(jié)合林業(yè)院校教學(xué)特點，對化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進行整合優(yōu)化。實驗教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)規(guī)范為：基礎(chǔ)實驗、綜合性應(yīng)用實驗和研究（設(shè)計）型實驗等三個層次，使學(xué)生在掌握和鞏固化學(xué)實驗基本理論知識的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生的綜合實踐能力以及初步的科研能力。

五結(jié)束語

突破高等教育實踐教學(xué)沿用的傳統(tǒng)模式，建立化學(xué)虛擬實驗室，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用在實踐教學(xué)中，并根據(jù)林業(yè)院校教學(xué)要求的特點，對化學(xué)實驗內(nèi)容進行整合優(yōu)化，創(chuàng)建綜合實驗教學(xué)的新體系，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，提高學(xué)生實踐能力以及培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力。但是虛擬實驗室模擬技術(shù)不能完全代替學(xué)生動手做實驗，更不能使學(xué)生獲得化學(xué)實驗基本技能，它只是提供一種手段，起到輔助教學(xué)的作用，只有將其與傳統(tǒng)的教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，找到一個合適的切入點，才能最大程度地發(fā)揮作用，從而達到提高實驗教學(xué)效率的目的。

參考文獻

［1］鄭風(fēng)英、李順興.化學(xué)實驗綠色研究［J］.漳州師范學(xué)院學(xué)報，2001（3）：57～59