仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件及其在化學(xué)教育中的應(yīng)用

胡銥宸 陽(yáng)志高

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件及其在化學(xué)教育中的應(yīng)用

胡銥宸 陽(yáng)志高

（湖南省寧鄉(xiāng)縣第一高級(jí)中學(xué) 湖南寧鄉(xiāng) 410600）

介紹了仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室V3.0軟件的功能、特點(diǎn)和使用方法；闡述了它在輔助中學(xué)化學(xué)和化學(xué)師范教學(xué)中的重要應(yīng)用。

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室V3.0；中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；化學(xué)教學(xué)

一、引言

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)化學(xué)和大學(xué)化學(xué)教育專業(yè)教學(xué)活動(dòng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和重要內(nèi)容。理論的驗(yàn)證，知識(shí)的理解，操作技能的訓(xùn)練，后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)以及從事科學(xué)研究，都離不開(kāi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)最主要的手段是操作演示同時(shí)結(jié)合講述和板書(shū)，這種教學(xué)方法使教師成為實(shí)驗(yàn)室最忙的人，不僅教學(xué)時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)也出現(xiàn)學(xué)生看不真切的情況。另外，受到實(shí)驗(yàn)條件或高考的壓力，有的中學(xué)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常少，那么，對(duì)這部分中學(xué)生來(lái)說(shuō)化學(xué)實(shí)驗(yàn)就成了紙上實(shí)驗(yàn)，既看不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又沒(méi)有實(shí)驗(yàn)裝置的概念，失去了化學(xué)教學(xué)的本來(lái)目的。

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是專門(mén)針對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)而精心打造的軟件，它不僅真實(shí)地反映了實(shí)驗(yàn)室中栩栩如生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，提供了預(yù)先設(shè)置的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，使用者還可以根據(jù)自己的需要借助實(shí)驗(yàn)室向?qū)Чぞ呓⑿碌哪M實(shí)驗(yàn)。仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室改變了傳統(tǒng)教學(xué)中“一人做，大家看”的局面，使學(xué)生由過(guò)去的被動(dòng)“等待”和“接受式”的學(xué)習(xí)方式，變?yōu)椤爸鲃?dòng)”和“探究式”的學(xué)習(xí)方式，并且使提倡的“啟發(fā)式”、“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法得到實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于一些有害、有毒、污染環(huán)境和破壞性實(shí)驗(yàn)，也可在仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里模擬完成，保證了學(xué)生的安全。所以，探索仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能提供化學(xué)課堂中的教學(xué)平臺(tái)，也是化學(xué)教師的課件制作平臺(tái)和學(xué)生的交互式學(xué)習(xí)平臺(tái)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)闊視野，培養(yǎng)探究精神，提高學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，在大學(xué)化學(xué)教育專業(yè)的教學(xué)中，這也是一款值得推廣的很有實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)?zāi)M教學(xué)軟件。

二、軟件介紹及應(yīng)用實(shí)例

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件由三個(gè)模塊組成：仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)三維分子模型和化學(xué)小百科。化學(xué)三維分子模型是展示和構(gòu)建三維分子結(jié)構(gòu)的模塊，但是試用版的很多功能禁用，這一方面可用一些免費(fèi)的專業(yè)分子構(gòu)建軟件彌補(bǔ)。化學(xué)小百科提供了一些常用的化學(xué)基本概念、資料和數(shù)據(jù)；簡(jiǎn)捷的數(shù)據(jù)搜索工具可以使用戶方便地查找和輸出所需資料，用戶還可以自由的修改和添加所需要的資料，不斷地豐富自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，是一款方便的化學(xué)電子手冊(cè)。

圖1 仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作界面

圖2 添加藥品界面

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是這款軟件的主體模塊，是專門(mén)針對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件，提供了常用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，實(shí)驗(yàn)者可以按照實(shí)驗(yàn)方案自由地搭配儀器、添加藥品和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且能夠逼真地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；也可以直接調(diào)用軟件提供的預(yù)置模擬實(shí)驗(yàn)；同時(shí)它還是教學(xué)課件制作的好幫手，制作的課件不但專業(yè)性強(qiáng)，而且具有很好的交互性。本文主要對(duì)這一模塊進(jìn)行介紹，它的用戶界面如圖1所示。

利用這款軟件搭建化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)便快捷。雙擊“仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)入該軟件的主操作界面，單擊器件箱里的儀器，將鼠標(biāo)置于空白處（實(shí)驗(yàn)區(qū)），再次單擊出現(xiàn)所選的儀器；在相應(yīng)的儀器上點(diǎn)擊右鍵可以添加或刪除橡皮塞、橡皮管等等；裝置搭建好后，選定儀器，按右鍵選“添加藥品”，出現(xiàn)“添加藥品”窗口（圖2），根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選定藥品，并設(shè)定用量，添加即可。化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室中的藥品可以滿足一般的實(shí)驗(yàn)要求，但是當(dāng)有新的藥品需求時(shí)，可以用“藥品編輯器”擴(kuò)充藥品庫(kù)。實(shí)驗(yàn)裝置和藥品添加完成后，通過(guò)菜單上的“實(shí)驗(yàn)控制”或快捷方式選擇“運(yùn)行實(shí)驗(yàn)”，展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，軟件還設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)的同步顯示，使實(shí)驗(yàn)者對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有清晰的認(rèn)識(shí)。

以“驗(yàn)證木炭與濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)”為例，按上述方法搭建實(shí)驗(yàn)裝置。在圓底燒瓶中加入12g炭，分液漏斗中添加濃硫酸600mL，玻璃管中添加無(wú)水硫酸銅20g，并依次在4支試管中添加0.1mol/L的品紅溶液，KMnO4溶液，品紅溶液，澄清石灰水各30mL。在主菜單欄上選擇運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，按右鍵“點(diǎn)燃酒精燈”，單擊“打開(kāi)”分液漏斗，開(kāi)始運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。在本反應(yīng)中，無(wú)水硫酸銅檢驗(yàn)水，C中的品紅溶液檢驗(yàn)是否生成SO2，KMnO4溶液與SO2反應(yīng)，E中的品紅溶液用來(lái)驗(yàn)證SO2是否除盡，以防對(duì)下一步澄清石灰水驗(yàn)證CO2造成干擾。

圖3 木炭與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（反應(yīng)中）

仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室還預(yù)置了許多中學(xué)化學(xué)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)，使用者可以直接打開(kāi)使用。以氫氣還原氧化銅為例，單擊“文件”菜單，在下拉菜單中選擇“瀏覽打開(kāi)”，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇“氫氣還原氧化銅”，如圖4所示反應(yīng)后的情況。仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室所提供的例子不但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象逼真，而且操作簡(jiǎn)單，能大大激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，節(jié)省時(shí)間，提高教學(xué)質(zhì)量和效率，取得良好教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

圖4 氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)（反應(yīng)后）

三、對(duì)仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)教育中的感想

教育技術(shù)現(xiàn)代化是教育現(xiàn)代化的一個(gè)重要方面，作為一門(mén)重要現(xiàn)代化教育技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ComputerAssistedInstruction，簡(jiǎn)稱CAI）由于具有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)對(duì)文字、圖形圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻、音頻等媒體綜合處理能力的優(yōu)勢(shì)，以及靈活多樣的人機(jī)對(duì)話等特點(diǎn)，在教學(xué)中發(fā)揮了很大的優(yōu)勢(shì)，是世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展的一種教學(xué)手段。

化學(xué)工具軟件是一種重要的、特殊的化學(xué)教育資源。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)學(xué)科相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的重要軟件基礎(chǔ)，是化學(xué)教學(xué)現(xiàn)代化的“催化劑和加速劑”。作為一類重要的化學(xué)工具軟件——仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面顯示出了很大的優(yōu)越性，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于抽象事物及事物細(xì)節(jié)等難以表述的不足，使實(shí)驗(yàn)變得生動(dòng)形象，易于觀察。而且，在教學(xué)中能極大地活躍課堂氣氛，充實(shí)和豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲，并能使學(xué)生注意力更為集中，有效地提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。

另一方面，仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件在對(duì)化學(xué)教育專業(yè)本科生的教學(xué)中也有重要的應(yīng)用價(jià)值。化學(xué)教育主要是為中學(xué)化學(xué)培養(yǎng)人才的專業(yè)，業(yè)務(wù)上與中學(xué)化學(xué)教育接軌和教學(xué)手段的現(xiàn)代化是現(xiàn)代師范教育的重要方面。讓學(xué)生熟悉和應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，有助于他們熟悉中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和特點(diǎn)，為到中學(xué)進(jìn)行教育實(shí)習(xí)做好充分準(zhǔn)備。教育實(shí)習(xí)對(duì)化學(xué)教育專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，對(duì)于他們理論聯(lián)系實(shí)際以及畢業(yè)就業(yè)有是十分重要的意義，而現(xiàn)代教育技術(shù)的運(yùn)用也是體現(xiàn)當(dāng)代大學(xué)生綜合素質(zhì)和提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要構(gòu)成部分。

充分發(fā)揮像仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室這樣的各種化學(xué)優(yōu)秀工具軟件在教育教學(xué)中的積極作用，還有利于充分挖掘計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)教育資源的利用率和潛力，有利于把學(xué)生從網(wǎng)上聊天、網(wǎng)上游戲、網(wǎng)戀等新的不良校園現(xiàn)象導(dǎo)向到化學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的正確方向上來(lái)。目前仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，這需要廣大化學(xué)教育工作者投入更多的精力。

［1］http：//www.jhksoft.com/

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