化學(xué)虛擬實驗室在高職實踐教學(xué)上的應(yīng)用

摘要：在高職院校化學(xué)教學(xué)中，實驗教學(xué)是重要的環(huán)節(jié)。近年來，隨著計算機的普及與推廣，計算機模擬化學(xué)實驗輔助教學(xué)得到廣泛的應(yīng)用。它形象、生動、直觀、經(jīng)濟、安全、無污染。借助計算機模擬手段，達到提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)水平的目的；在一定程度上減少了直接接觸危險及有毒的化學(xué)藥品的機會，進而防止了不必要危險的發(fā)生，同時有效降低了廢棄物的排放，強化了學(xué)生的環(huán)保意識。

關(guān)鍵詞：化學(xué)虛擬實驗室 實踐教學(xué) 應(yīng)用

把學(xué)生培養(yǎng)成既有理論素養(yǎng)，更有實踐動手能力的應(yīng)用型人才，是高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位。當(dāng)前，高等教育已經(jīng)大眾化、普遍化，受各種因素的影響和制約，國內(nèi)高職院校的教學(xué)質(zhì)量普遍下降，特別是在實踐教學(xué)中忽視成本高、難度和質(zhì)量彈性都較大的實踐教學(xué)，因此必須加強高職院校實踐教學(xué)工作，增強學(xué)生的動手能力和實踐能力。

化學(xué)實驗教學(xué)主要設(shè)置有無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)以及化學(xué)類實驗等課程，受各種客觀因素的影響和制約（裝置復(fù)雜、儀器設(shè)備不足、藥品稀貴、操作技術(shù)要求高、危險性大、反應(yīng)速率慢、課時較少），實驗教學(xué)的完整性在一定程度上受到影響。在這種情況下，借助一塊黑板、一套儀器設(shè)備、一本實驗教材進行實驗教學(xué)，計算機多媒體教學(xué)設(shè)備稀缺，同時先進的教學(xué)儀器等教學(xué)手段更是落后，教學(xué)方法依然延續(xù)課前預(yù)習(xí)，課堂重點講解、演示和指導(dǎo)的模式，根據(jù)實驗指導(dǎo)書，學(xué)生進行相應(yīng)的試驗，同時完成實驗報告，通過這種方式進行教學(xué)，根本不能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和自行設(shè)計實驗的能力。

傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式單一性的局限被化學(xué)虛擬實驗室所打破，在化學(xué)實驗教學(xué)過程中，融入了信息技術(shù)知識，目前存在的問題在一定程度上得到了解決，實驗的理論知識、方法、技能等得到了提升，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力得到培養(yǎng)和提高，同時也培養(yǎng)了學(xué)生進行科學(xué)研究的能力。主要表現(xiàn)在：計算機對信息具有強大的處理能力，因此可以充分發(fā)揮計算機虛擬化學(xué)實驗室處理聲像、圖形、文字、動畫、網(wǎng)絡(luò)信息的分析、綜合、切分、編排等信息的功能，在進行化學(xué)實驗時，將有關(guān)試驗的文字、圖像、聲音、動畫等因素組合在一起，在一定程度上使學(xué)生通過感官獲取全方位的信息，學(xué)生很清楚地對實驗過程和實驗現(xiàn)象進行觀察和研究，在操作計算機的過程中，讓學(xué)生切實體會到身臨其境的感覺，進而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及學(xué)習(xí)的主動性和積極性，同時起到良好的教學(xué)效果。

1 化學(xué)虛擬實驗室教學(xué)的優(yōu)勢

在高職學(xué)校，通過化學(xué)虛擬試驗室的方式進行教學(xué)，在一定程度上提高了教學(xué)效率，同時彌補了實驗課時少的弊端，進而便于學(xué)生預(yù)習(xí)、鞏固和復(fù)習(xí)。

實驗教學(xué)作為一種新型的教學(xué)模式，充分利用學(xué)生的手與腦，一方面提高了動手操作能力，另一方面培養(yǎng)了動腦思考能力。受實驗課時的影響和制約，通常在2～3個學(xué)時內(nèi)完成一個實驗環(huán)節(jié)。因此，教師只能簡要的示范和描述儀器的使用和實驗方法，減少了學(xué)生獨立思考的時間，在實驗過程中，學(xué)生不可避免地出現(xiàn)各種錯誤，進而影響了最后的實驗結(jié)果；有些實驗所需時間較長，如有機化學(xué)中的部分合成實驗，甚至在實驗課結(jié)束時，仍有部分學(xué)生未能完成實驗操作，沒能得到實驗結(jié)果；有些實驗所需要使用的儀器或藥品比較貴重稀缺，實驗室配備的此類儀器藥品數(shù)量少，進而在一定程度上，難以滿足全部學(xué)生進行動手操作的需要，影響學(xué)生對所做實驗內(nèi)容的了解，如儀器分析時用到的氣相色譜儀等。做完實驗后，由于學(xué)生受到各種條件的影響和制約，進行重復(fù)實驗根本不可能實現(xiàn)，所以，實驗知識得不到鞏固和提高。

在教學(xué)過程中，通過化學(xué)虛擬實驗室進行教學(xué)避免了時間和空間的限制，時間和地點學(xué)生可以自由選擇，無論在學(xué)校，還是在家里都能進入化學(xué)虛擬實驗室，利用多媒體虛擬操作進行實驗預(yù)習(xí)，便于學(xué)生后期試驗的操作；化學(xué)虛擬實驗室使重復(fù)多次實驗成為可能，有利于學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固。

在化學(xué)虛擬實驗室中，學(xué)生借助虛擬實驗軟件，根據(jù)實驗?zāi)康模梢造`活地選擇實驗設(shè)備和實驗藥品進行相應(yīng)的實驗。一旦發(fā)生問題還可以通過更換儀器的方式進行重新試驗，在短時間內(nèi)對實驗進行重組。實驗課時少的問題得到解決，在一定程度上滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，同時提高了實驗教學(xué)的效率。

2 化學(xué)虛擬實驗室安全可靠，同時利于保護環(huán)境

化學(xué)實驗試劑大多數(shù)具有易燃、毒害、腐蝕性。在傳統(tǒng)的實驗室中進行實驗時，在實驗過程中由于學(xué)生自身操作的失誤，不清楚實驗的相關(guān)要求，長期損耗實驗儀器等都會達不到預(yù)期的實驗?zāi)康模谝欢ǔ潭壬贤{到學(xué)生的人身安全，損壞實驗儀器，浪費試驗藥品，進而造成不必要的損失，同時對環(huán)境造成污染。化學(xué)虛擬實驗室整合文字、圖像、聲音、動畫各種信息，對整個實驗過程和現(xiàn)象進行形象地模擬，學(xué)生在安全的環(huán)境中，充分了解實驗原理。例如，模擬出實驗中將未反應(yīng)完的剩余金屬鈉顆粒直接倒入有易燃液體的廢液缸中，金屬鈉立即在廢液中劇烈反應(yīng)，鈉粒在液面上不斷翻滾并伴有火星產(chǎn)生，引燃廢液缸中的易燃液體。通過化學(xué)虛擬實驗室計算機模擬出實驗中的錯誤操作，在試驗過程中，通過圖像、聲音等，讓學(xué)生充分意識到錯誤操作造成的危險，提醒學(xué)生在試驗過程中一定要避免錯誤的發(fā)生，進而給學(xué)生留下深刻的印象，高度重視實驗過程中的安全規(guī)范操作，有效避免了化學(xué)實驗室事故的發(fā)生，在化學(xué)虛擬實驗室中，即使出現(xiàn)危險情況，也能對學(xué)生進行及時的處理。

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，實驗過程中還會產(chǎn)生有毒氣體、廢液、殘渣以及其它有害物質(zhì)，不利于環(huán)境保護。例如，銅與濃硝酸、稀硝酸、濃硫酸作用時會產(chǎn)生一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫氣體，都是有毒害的氣體。因此在保證實驗教學(xué)目的的前提下，可設(shè)計成模擬實驗，畫面生動、逼真，可以將反應(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，學(xué)生在掌握知識的同時又可以加強環(huán)保意識。

3 強化自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生思考和自己設(shè)計實驗的能力

根據(jù)自己的需要和水平，學(xué)生在化學(xué)虛擬實驗室中可以選擇不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容或?qū)哟危瑫r根據(jù)學(xué)生的實際情況給予不同的幫助，對于學(xué)習(xí)的進程學(xué)生能夠自主控制。根據(jù)一定的教學(xué)模式，模擬實驗自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠?qū)虒W(xué)過程進行模擬，對模擬實驗的進展進行自動跟蹤，同時分析和矯正試驗的操作信息。例如提示實驗儀器的使用、實驗危險的警告、實驗結(jié)果反饋和評價等，在一定程度上增加了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。在化學(xué)虛擬實驗室中，根據(jù)自己的興趣愛好，學(xué)生還可以充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力和想象力，對已有的實驗進行改造和完善，進而激發(fā)學(xué)生不斷探索的興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索能力。

4 化學(xué)虛擬實驗室教學(xué)的弊端

對于虛擬化學(xué)實驗來說，并不是真正的化學(xué)實驗。學(xué)生的實驗技能訓(xùn)練不可能通過模擬過程中對鼠標(biāo)和鍵盤的操作進行替代。對于試驗過程中，取用配制藥品，洗滌使用儀器，安裝試驗設(shè)備，控制反應(yīng)過程，具體、嚴格、規(guī)范進行實驗后處理等，這些看似簡單的實驗操作，只有通過實踐才能逐步掌握，另外，必須在真實的試驗過程中才能體會嗅覺和觸覺等。在實際的實驗過程中，藥品質(zhì)量、環(huán)境變化、人為失誤等未知因素影響發(fā)生的變化等，如何智能化處理模擬實驗軟件，復(fù)雜動態(tài)的試驗過程不能通過模擬實驗室來完成。所以，模擬化學(xué)實驗不能完全代替常規(guī)的化學(xué)實驗，只能是教學(xué)過程的輔助手段。

5 結(jié)束語

突破高職教育實踐教學(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，將其與傳統(tǒng)的教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，靈活運用，相輔相成，優(yōu)勢互補，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。

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作者簡介：

張志強（1971-），男，江蘇蘇州人，實驗師，研究方向：化學(xué)實踐教學(xué)。