虛擬實驗在初中化學(xué)課程中的應(yīng)用

陳鑫

摘 要：實驗是初中化學(xué)課程不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)，而虛擬實驗因其具有良好的特性深得廣大師生的一致好評。通過對初中化學(xué)課程中虛擬實驗的介紹，從其概念、功能以及在初中化學(xué)課程中的應(yīng)用案例出發(fā)，希望能夠?qū)A(chǔ)教育特別是基礎(chǔ)科學(xué)教育帶來一定的啟示。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗;初中化學(xué);實驗條件;虛擬實驗

初中化學(xué)是一門基礎(chǔ)并且重要的科學(xué)入門學(xué)科，對初中生的科學(xué)知識的積累和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)起到了啟蒙的作用。為了教好這門課程，一線教師想出了各種各樣的辦法。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實驗和虛擬實驗室的概念被正式提出并且得到了迅速的發(fā)展。虛擬實驗以虛擬的實驗為場景，真實生動地再現(xiàn)了課堂上所講的內(nèi)容，降低了教學(xué)難度并且提升了教學(xué)過程中的科技含量，同時也是一個提升學(xué)生對于基礎(chǔ)化學(xué)興趣的過程。

一、虛擬實驗的概念

虛擬實驗室利用電子計算機(jī)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)和電腦上實現(xiàn)了對課本所學(xué)實驗知識的過程重現(xiàn)，通過模擬的手段使學(xué)生從聽覺、視覺和觸覺上對化學(xué)實驗和化學(xué)理論進(jìn)行全方位和深層次的理解?；瘜W(xué)虛擬實驗室有很多的功能，例如建立虛擬的實驗網(wǎng)絡(luò)，將初中化學(xué)接觸到的一些簡單化學(xué)實驗進(jìn)行全方位的重現(xiàn)，具有良好的共享性、可重復(fù)使用性、可擴(kuò)展性、安全性等特質(zhì)，可以良好地支持科學(xué)探究活動的開展，有助于探究性實驗教學(xué)的開展，正受到人們越來越多的關(guān)注和研究。

二、虛擬實驗在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬實驗是在虛擬的環(huán)境中對實驗進(jìn)行設(shè)計、展開和運行的，這就在安全性上有了很大的保障;其次，在虛擬的環(huán)境中對于教學(xué)環(huán)境和實驗條件的限制是一種突破;另外，虛擬實驗可以保證學(xué)生從各個側(cè)面和角度對化學(xué)實驗進(jìn)行觀察，更利于學(xué)生對知識的理解;最后，虛擬實驗使學(xué)生更有興趣設(shè)計一些自己感興趣的實驗內(nèi)容，對于他們思維能力的提升起到很大作用。

1.虛擬實驗的安全性

化學(xué)實驗以原子為最小反應(yīng)單元，在化學(xué)實驗反應(yīng)的過程中，往往伴隨著強(qiáng)烈的發(fā)光發(fā)熱等現(xiàn)象。例如金屬鎂點燃后放出耀眼的光芒，鋁熱反應(yīng)中消耗單質(zhì)鋁而生成單質(zhì)鐵，過程中生成大量的熱量。還有一些化學(xué)實驗的反應(yīng)物或者生成物對人體的危害較大，例如鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)生成的二氧化碳容易使人窒息，水的消毒過程中使用的氯氣對人體的呼吸道會產(chǎn)生很大的傷害?；瘜W(xué)實驗并不都是完全安全的，事實上，大部分的化學(xué)實驗都有一定的危險性。有了虛擬實驗，很大程度上減少了學(xué)生與真實實驗的接觸，避免了危險的發(fā)生。例如，虛擬實驗支持對某些實驗的過程進(jìn)行考試，例如對酒精燈的使用進(jìn)行測試，在實驗結(jié)束的時候，如果一個學(xué)生忘記將酒精燈的燈蓋按照正常的流程熄滅，在虛擬的界面中就會出現(xiàn)火災(zāi)的界面并且判定實驗失敗。

2.虛擬實驗對于實驗條件的突破

化學(xué)實驗對于實驗環(huán)境和實驗條件都有嚴(yán)格的需求，特別是對于一些特殊的化學(xué)反應(yīng)，比如在初中化學(xué)中有一個概念講的是石墨與金剛石是同一種元素的同素異形體，在一定的條件下石墨可以形成金剛石，而金剛石在灼燒的條件下生成二氧化碳。這樣的實驗在初中實驗室中是不可能完成的，但卻往往能夠引起學(xué)生充分的興趣。虛擬實驗就突破了實驗條件的限制，不僅可以實現(xiàn)學(xué)生對于這兩個實驗的反應(yīng)過程的觀察，而且可以讓學(xué)生通過對于實驗過程中物質(zhì)分子的形成過程的觀察對化學(xué)反應(yīng)的實際原理進(jìn)行更深層次的理解。

3.虛擬實驗實現(xiàn)了化學(xué)實驗的全方位觀察

現(xiàn)實中化學(xué)實驗的反應(yīng)，往往只能夠從實驗現(xiàn)象比如發(fā)光發(fā)熱或者顏色改變進(jìn)行觀察，對于實驗的反應(yīng)原理和反應(yīng)的深層原因并不能通過視覺觀察進(jìn)行察覺。另一種情況是化學(xué)反應(yīng)十分激烈，很難觀察到反應(yīng)過程中的具體現(xiàn)象。例如一個十分有趣的實驗叫作“法老之蛇”即濃硫酸與白砂糖的反應(yīng)。在虛擬實驗的過程中，可以將實驗的過程進(jìn)行分解，從各個方面、各個細(xì)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)的觀察，或者從時間軸上對過程進(jìn)行分解，從而實現(xiàn)對化學(xué)反應(yīng)過程的本質(zhì)現(xiàn)象更加準(zhǔn)確的理解。

三、虛擬實驗的不足之處

盡管虛擬實驗有著很多優(yōu)點，但是在實際操作過程中也存在一些不足之處。首先，虛擬實驗的真實感不強(qiáng)，無法體會動手實驗中出現(xiàn)的各種誤差;其次，虛擬實驗的大規(guī)模應(yīng)用雖然為教師帶來帶來很大便利，但是不能有效培養(yǎng)學(xué)生動手操作與實踐能力;再次，虛擬實驗不能實際體驗出動手實驗中出現(xiàn)的各種故障，限制了學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)與思考能力的培養(yǎng);最后，虛擬實驗往往都是單機(jī)操作，不利于對學(xué)生合作意識的培養(yǎng)。

虛擬實驗在初中化學(xué)的教學(xué)過程中有很大的優(yōu)勢，但在實際運作的過程中，很容易造成對于虛擬實驗的依賴而對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和合作意識的缺失，希望廣大一線教育工作者能夠靈活運用這些教學(xué)手段，更好地為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱敏.基于初中化學(xué)虛擬實驗平臺的虛擬實驗教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文.西北師范大學(xué)，2013.

[2]李焱.初中化學(xué)課堂實驗教學(xué)常態(tài)化的調(diào)查研究：以石家莊市為例.碩士學(xué)位論文.河北師范大學(xué)，2014.