虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

楊濤

摘 要 化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)逐漸被融入教學(xué)環(huán)境中，成為廣受學(xué)生和教師歡迎的新型教育技術(shù)手段。對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探究。

關(guān)鍵詞 虛擬實(shí)驗(yàn)；中學(xué)化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）13-0166-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)逐漸被融入教學(xué)環(huán)境中，成為廣受學(xué)生和教師歡迎的新型教育技術(shù)手段。虛擬實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬來(lái)達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的目的。在虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)者利用虛擬軟件對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作目的。由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特殊性，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中很大程度上存在缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料以及存在化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全隱患等情況，嚴(yán)重影響中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量[1]。如今將虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)引入中學(xué)課程教學(xué)已經(jīng)成為中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，更好地實(shí)現(xiàn)中學(xué)教學(xué)中探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)教學(xué)中的作用

虛擬實(shí)驗(yàn)的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及仿真技術(shù)的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種較為逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，然后實(shí)驗(yàn)操作者在這個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中通過(guò)一些必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)虛擬出現(xiàn)的物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，以及收獲實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。學(xué)生可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)體會(huì)到現(xiàn)實(shí)生活中體驗(yàn)不到的情境，尤其是對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)條件不足或者是實(shí)驗(yàn)環(huán)境不完善的教學(xué)提供了極大的幫助。虛擬實(shí)驗(yàn)在如今中學(xué)教學(xué)中有著非常重要和特殊的地位。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

中學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理 對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要有一定的依據(jù)，需要結(jié)合學(xué)生整體上對(duì)事物的認(rèn)知水平，不僅要有針對(duì)教師的很好的教學(xué)功能，還要有針對(duì)學(xué)生的很強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能。虛擬實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要依據(jù)以下原則。

1）虛擬實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約性原則。一般來(lái)說(shuō)，雖然虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求與真實(shí)的環(huán)境保持一致性，但并不是說(shuō)對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)制。虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)對(duì)那些不必要的成分要盡可能簡(jiǎn)化，只保留核心部分就可以了，以便很好地突出實(shí)驗(yàn)主題[2]。

2）虛擬實(shí)驗(yàn)的交互性原則。虛擬實(shí)驗(yàn)的交互性是虛擬實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)操作者通過(guò)和實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的交互來(lái)實(shí)現(xiàn)獲取反饋出來(lái)的實(shí)驗(yàn)信息，進(jìn)而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，所以虛擬實(shí)驗(yàn)的交互性在虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很重要。

3）虛擬實(shí)驗(yàn)的一致性原則。保持虛擬實(shí)驗(yàn)的一致性是虛擬實(shí)驗(yàn)的一個(gè)基本要求，虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)計(jì)的基本特征要和真實(shí)環(huán)境中的對(duì)象保持一致性，同時(shí)也要和學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平和認(rèn)知規(guī)律保持一致。

4）虛擬實(shí)驗(yàn)的趣味性原則。化學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以能夠引起學(xué)生的注意和興趣，是因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的有趣的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)要想同樣引起學(xué)生的注意，就需要在虛擬實(shí)驗(yàn)的功能和虛擬實(shí)驗(yàn)的外觀上增加些趣味性，以便很好地激發(fā)學(xué)生興趣。

中學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的定位 虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)現(xiàn)中心化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先要對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整體對(duì)位。結(jié)合中學(xué)化學(xué)教學(xué)的基本要求，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建，然后操作者就可以通過(guò)一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品的運(yùn)用來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，這樣操作者就會(huì)獲取和現(xiàn)實(shí)情境中幾乎一樣的體驗(yàn)。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)不是只可以局限在課堂上，學(xué)生也可以結(jié)合自己的學(xué)習(xí)情況，利用課下時(shí)間隨時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)一般具有以下特點(diǎn)。

1）虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一般都是以EXE文件存在的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中有一些預(yù)設(shè)的交互性功能，把虛擬實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接時(shí)，就可以把虛擬實(shí)驗(yàn)中的交互性鏈接與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，這樣學(xué)生就可以在網(wǎng)絡(luò)上對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行交流[3]。

2）桌面式虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種初級(jí)模擬狀態(tài)，也是虛擬實(shí)驗(yàn)的一種主要系統(tǒng)模式。桌面式虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也可以稱為非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要是通過(guò)三維模型軟件來(lái)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的，它的操作原理就是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行仿真，然后顯示出虛擬的三維實(shí)驗(yàn)環(huán)境，虛擬的三維環(huán)境在計(jì)算機(jī)的顯示屏上顯示出實(shí)驗(yàn)畫面后，學(xué)習(xí)者就可以通過(guò)對(duì)鼠標(biāo)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境中各個(gè)角色和各個(gè)物體的交互，進(jìn)而完成化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。

另外，由于桌面式虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)的要求不高，而且成本也低，所以可以在中學(xué)教學(xué)中廣泛使用。桌面式虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是通過(guò)三維模型軟件來(lái)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的，虛擬的三維環(huán)境在計(jì)算機(jī)的顯示屏上顯示出實(shí)驗(yàn)畫面后，操作者就可以通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)操作實(shí)驗(yàn)。

3）為了讓虛擬實(shí)驗(yàn)的環(huán)境看起來(lái)更具體真實(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)的虛擬環(huán)境的物理特征和虛擬模型的物理特征要和真實(shí)環(huán)境盡可能接近。另外，為了讓虛擬實(shí)驗(yàn)不影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，要對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的虛擬模型進(jìn)行一定的優(yōu)化操作，控制虛擬模型的面數(shù)和虛擬模型的數(shù)量，以便達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)硬件的要求。

中學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要教學(xué)目標(biāo)就是幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握化學(xué)的研究方法和研究技能，學(xué)生可以通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察來(lái)更深一步掌握化學(xué)知識(shí)，而且也通過(guò)實(shí)驗(yàn)的操作提高學(xué)生的動(dòng)手能力。所以，中學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)就是結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基本要求，幫助化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生提高對(duì)化學(xué)知識(shí)的掌握和學(xué)習(xí)的各方面動(dòng)手能力。中學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)有以下體現(xiàn)。

1）學(xué)生通過(guò)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)原理有所了解，從概念上對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中新物質(zhì)的制取原理和方法有更深一步的認(rèn)識(shí)。

2）學(xué)生通過(guò)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作可以對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)儀器的鏈接方法和實(shí)驗(yàn)藥品有所掌握。

3）學(xué)生通過(guò)對(duì)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察和分析，對(duì)化學(xué)知識(shí)有了進(jìn)一步的掌握。

4）學(xué)生通過(guò)對(duì)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)操作的反復(fù)練習(xí)可以提高自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了動(dòng)手能力。

5）學(xué)生通過(guò)對(duì)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)中各種具有交互性功能的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的體驗(yàn)，提高研究能力。

中學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和建立是結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求來(lái)完成的，既要彌補(bǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，又要考慮到學(xué)生階段性的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)在構(gòu)建的時(shí)候包括虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)部的設(shè)置、模型的具體放置以及模型之間的交互性功能。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬實(shí)驗(yàn)自身有著很明顯的可操作性和實(shí)用性，虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，解決了化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的各種不良因素。尤其是很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)都存在很大的危險(xiǎn)性，不能在實(shí)際實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，但通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)就輕松解決了這個(gè)問(wèn)題。教育部門要加強(qiáng)對(duì)教學(xué)技術(shù)方面的培訓(xùn)，提高教師的多媒體教學(xué)能力，以便虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到廣泛使用。

參考文獻(xiàn)

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