初中化學(xué)教學(xué)中真實實驗與虛擬實驗的交互應(yīng)用

陳春鳳

摘要：實驗教學(xué)是整個初中化學(xué)教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力、分析能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要。然而，在真實實驗教學(xué)過程中，一些實驗存在著實驗效果欠佳，受各種條件的限制難以開展等問題。虛擬實驗是當(dāng)前的研究熱點，真實實驗有著虛擬實驗無法替代的教學(xué)功能，但虛擬實驗也有著真實實驗無法比擬的優(yōu)點。虛擬實驗和真實實驗之間具有很強的互補性，兩種方式交互應(yīng)用會大大提高實驗教學(xué)的效果。

關(guān)鍵詞：真實實驗；虛擬實驗；交互應(yīng)用

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2015）11-0071

陶行知先生的“六大解放”觀點中提出：要解放學(xué)生的雙手，給孩子以動手的機會，讓孩子自己動手操作，使他們在手腦并用中發(fā)展創(chuàng)造力。《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》也指出：“化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實驗為主的科學(xué)探究活動，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實驗和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力?！?/p>

隨著教育改革的不斷深化，實驗教學(xué)發(fā)揮著日益重要的作用，實驗教學(xué)過程把理論知識和實踐活動、直接經(jīng)驗和間接經(jīng)驗、形象與抽象相結(jié)合，不僅訓(xùn)練了學(xué)生的動手操作能力和觀察能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。在初中化學(xué)實驗教學(xué)過程中，真實實驗與虛擬實驗都是實驗教學(xué)實施過程中的重要手段，二者交互應(yīng)用是提高化學(xué)課堂效率的有效途徑。

真實實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力的重要途徑，實驗過程中各種可能的現(xiàn)象與變化，成功與失敗都是學(xué)生能力提高的重要要素，實驗過程中，師生、生生之間的互動與協(xié)作更是虛擬實驗所不能代替的。但在實際的實驗教學(xué)過程中，一些實驗存在著實驗效果欠佳、受各種條件的限制難以開展等問題。而虛擬實驗就能彌補這些缺點，將虛擬實驗運用于教學(xué)，能夠很好地模擬真實實驗情況，使實驗更直觀，現(xiàn)象更明顯，從而達(dá)到降低成本，提高效率的目的。虛擬實驗是利用當(dāng)今先進(jìn)的計算機技術(shù)進(jìn)行模擬實驗，它使實驗不再受時間、空間的限制，解決許多學(xué)校因設(shè)備欠缺而無法開展實驗的問題，在保障教學(xué)質(zhì)量方面起著重要作用。虛擬實驗的引入，使人們開始關(guān)注虛擬實驗和真實實驗在教學(xué)質(zhì)量提高和學(xué)習(xí)者能力培養(yǎng)等方面的作用，并通過合理的交互應(yīng)用來提高教學(xué)質(zhì)量。

一、真實實驗的功能

北京教科院基教研中心的黃冬芳老師說：“實驗在化學(xué)教學(xué)，尤其在基礎(chǔ)教育階段的重要性無論如何強調(diào)也不會過分。”以實驗為基礎(chǔ)是化學(xué)教學(xué)最基本的特征，化學(xué)實驗是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式，學(xué)生具備基本的化學(xué)實驗技能是學(xué)習(xí)化學(xué)和進(jìn)行探究活動的基礎(chǔ)和保證。初中化學(xué)實驗分為演示實驗、分組實驗、趣味實驗、家庭小實驗和研究性實驗等。真實實驗在化學(xué)教學(xué)中至少有以下四個方面的功能：培養(yǎng)動手操作能力，培養(yǎng)觀察能力，培養(yǎng)分析能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力等。

1. 培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力

動手操作能力的培養(yǎng)是化學(xué)實驗教學(xué)的基本要求，是《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的重要目標(biāo)之一，也是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的一個重要方面。在化學(xué)實驗教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度進(jìn)行規(guī)范、正確的實驗操作，要讓學(xué)生明白每一種規(guī)范的實驗操作都是一種技能，如果操作不規(guī)范，就可能發(fā)生實驗事故，帶來實驗誤差，甚至導(dǎo)致實驗失敗。因此，教師要盡可能創(chuàng)造條件讓學(xué)生親自動手做實驗，要求學(xué)生熟練掌握中學(xué)化學(xué)實驗中的基本操作，如各種儀器的正確使用，藥品的取用，物質(zhì)的加熱，物質(zhì)的溶解，過濾、蒸發(fā)，儀器的連接，裝置嚴(yán)密性的檢查等等。

2. 培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力是提高學(xué)生能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的重要途徑，它在開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維能力方面起著重要的作用。在化學(xué)實驗教學(xué)活動中，教師要指導(dǎo)學(xué)生明確觀察的目的，引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的觀察順序和方法，指導(dǎo)學(xué)生運用多種感官進(jìn)行觀察。如實驗前物質(zhì)的顏色、狀態(tài)等，實驗過程中伴隨著的各種現(xiàn)象，實驗后的各種現(xiàn)象和變化等，均要進(jìn)行全面、細(xì)致的觀察，并及時如實地進(jìn)行記錄，使學(xué)生養(yǎng)成細(xì)致、全面的觀察習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生正確的實驗觀察能力。還需注意的是，要教育學(xué)生在觀察時留意細(xì)微之處，培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的觀察態(tài)度，也培養(yǎng)他們實事求是的科學(xué)精神。

3. 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力

透過現(xiàn)象看本質(zhì)?；瘜W(xué)實驗還是培養(yǎng)學(xué)生分析能力的重要手段。學(xué)生仔細(xì)、全面地觀察到了各種實驗現(xiàn)象后，自然會對各種現(xiàn)象的出現(xiàn)提出質(zhì)疑，產(chǎn)生疑問，從而激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步去分析、判斷、推理、歸納，找出現(xiàn)象背后的內(nèi)在本質(zhì)，逐步使學(xué)生的分析推理能力得以形成和提高。反過來，學(xué)生分析推理能力的形成與提高又可以促進(jìn)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握和深化。

4. 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。做實驗的目的并不僅僅是讓學(xué)生學(xué)會操作，更重要的是讓學(xué)生熟悉實驗原理，突破教材的框框，大膽設(shè)想，尋找完成實驗的最佳途徑。通過實驗設(shè)計的優(yōu)化、試劑和儀器的選擇、反應(yīng)條件的控制、操作過程的細(xì)化等，有計劃、有目的地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、虛擬實驗的優(yōu)點

由于學(xué)校實驗儀器的短缺，一些實驗不能做，有些實驗做起來復(fù)雜，而效果又不明顯，有些實驗危險示數(shù)大。利用計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行虛擬實驗，包括虛擬仿真實驗室和flash課件，將虛擬實驗運用于化學(xué)教學(xué)，能很好地模擬真實實驗，很好地解決上述問題，降低了教學(xué)成本，提高了教學(xué)效率，使化學(xué)實驗不再受時間、空間的限制。虛擬實驗有著真實實驗無法比擬的優(yōu)點。

1. 虛擬實驗彌補實驗設(shè)備不足

真實實驗需要借助于具體的實驗設(shè)備與儀器，實驗損耗大，實驗成本高。而虛擬實驗中的虛擬設(shè)備不存在著磨損、破壞，可反復(fù)使用。學(xué)校和化學(xué)教師無需擔(dān)心設(shè)備的損壞和操作的安全。因此，虛擬實驗的出現(xiàn)，從根本上改變了真實實驗中實驗儀器數(shù)量少、易損壞的弊端，既滿足了教學(xué)要求，又節(jié)約了資金，有效地提高了辦學(xué)效益，也極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2. 虛擬實驗學(xué)習(xí)時間空間開放

虛擬實驗打破了真實實驗的模式，實驗者不受時間、空間的制約，可隨時、隨地進(jìn)入虛擬實驗室，選擇相應(yīng)的實驗操作。虛擬實驗還能夠提高演示實驗的可視度，實物演示實驗教師在前邊做，由于教室較大、學(xué)生多，只有前面的學(xué)生看的清，后面的學(xué)生很難看得清，或根本看不到，影響教學(xué)效果。因此，虛擬實驗又很好地解決了真實實驗中實驗時間緊張、實驗地點單一的弊端，提高了實驗教學(xué)效果。

3. 虛擬實驗節(jié)奏可控

利用計算機的模擬功能、動畫效果、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，虛擬實驗可以變模糊為清晰，變瞬間為緩慢，變緩慢為瞬間，直觀效果明顯。能夠?qū)崿F(xiàn)緩慢過程的快速化或快速過程的緩慢化，實驗者還可隨時控制實驗的進(jìn)展。

4. 虛擬實驗具有安全性

在化學(xué)實驗教學(xué)中，對于一些實驗危險性較高，有毒有害、污染環(huán)境和破壞性實驗，可用虛擬實驗替代真實實驗。例如九年級化學(xué)粉塵爆炸實驗，實際做實驗較危險，且實驗不易做，在教學(xué)中，筆者利用多媒體動畫演示該實驗過程，而且將爆炸的瞬間變成慢動作。這樣就沒有任何安全隱患，也能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完全媲美真實實驗。

三、真實實驗和虛擬實驗的交互

真實實驗有著虛擬實驗無法替代的教學(xué)功能，而利用多媒體仿真實驗技術(shù)制成的虛擬實驗，也有著真實實驗無法比擬的優(yōu)點，將虛擬實驗與真實實驗交互應(yīng)用，就能揚長避短，達(dá)到教學(xué)效果的最大化。

1. 真實實驗和虛擬實驗交互應(yīng)用，提高教學(xué)效果

利用多媒體技術(shù)制成的虛擬實驗充滿高新技術(shù)的氣息，顏色搭配恰當(dāng)，畫面精美，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。感受過虛擬實驗后，學(xué)生做真實實驗時可以避免出現(xiàn)盲目操作，減少儀器損壞，提高學(xué)習(xí)效率。如二氧化碳的實驗室制法中，發(fā)生裝置的選擇，利用虛擬實驗室中的儀器，如大試管、燒瓶、錐形瓶、長頸漏斗、分液漏斗、注射器、多孔塑料板、彈簧夾、鐵架臺等，讓學(xué)生設(shè)計、組合發(fā)生裝置，在虛擬實驗室中，學(xué)生猶如身臨化學(xué)實驗室，興趣倍增，設(shè)計出了各種合理的發(fā)生裝置。

2. 真實實驗和虛擬實驗交互應(yīng)用，提供示范作用

用真實實驗與虛擬實驗交互應(yīng)用制造教學(xué)氣場，實現(xiàn)共振效果。如過濾操作，首先用虛擬實驗示范操作，使得實驗中過濾操作細(xì)節(jié)變模糊為清晰，變瞬間為緩慢，而且使用時可以人為地適當(dāng)停頓，穿插教師的講解，讓學(xué)生清晰感受過濾操作的注意事項，從而大大提高了真實實驗時的成功率。

3. 真實實驗和虛擬實驗交互應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

虛擬實驗便于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，有利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。學(xué)生可以在虛擬實驗系統(tǒng)中運用已學(xué)知識進(jìn)行綜合性實驗和探究性實驗研究。由于綜合性實驗和探究性實驗用到的儀器較多，裝置復(fù)雜，因此，需要在實驗教學(xué)中把虛擬實驗和真實實驗交互運用，以達(dá)到理想的實驗效果。學(xué)生先在虛擬實驗平臺上設(shè)計實驗，搭建裝置，讓學(xué)生產(chǎn)生一個從感性到理性的過渡，帶著這個過渡和虛擬的模糊感到真實環(huán)境中驗證，再發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使學(xué)生在從理論到實踐，從實踐再到理論的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)自己的的創(chuàng)新思維。

虛擬實驗雖然快速、安全、方便、簡潔，但也有它明顯的不足。首先，虛擬實驗沒有實物，學(xué)生的實際操作能力得不到鍛煉。第二，缺乏真實實驗的氛圍，師生間缺少情感交流。第三，虛擬實驗過于理想化，很難完全反映真實實驗的復(fù)雜性，對真實實驗中的一些細(xì)節(jié)也無法模擬。第四，虛擬實驗缺少了真實實驗過程中偶發(fā)問題的檢查和排除，就減少了學(xué)生自己分析問題、解決問題的機會。

綜上所述，兩種實驗系統(tǒng)相輔相成，虛擬實驗是對真實實驗的模擬，但是虛擬實驗絕對不能完全取代真實實驗。在初中化學(xué)實驗教學(xué)中，虛擬實驗應(yīng)以真實實驗為依托，真實實驗也應(yīng)以虛擬實驗為輔佐，極大地延伸課堂實驗教學(xué)，拓寬學(xué)生實驗的空間，使虛擬實驗與真實實驗在實現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)目標(biāo)上相得益彰、優(yōu)勢互補。

（作者單位：江蘇省泰州市蘇陳中學(xué) 225300）