基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真實驗課程體系的初步探索與實踐

于長順　閔慶旺　張鋒　翟濱　高世萍　肖作毅　王巖　楊大偉

摘要：基礎(chǔ)化學(xué)實驗是化學(xué)相關(guān)專業(yè)必不可少的技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)，但在實驗過程中，一些有毒化學(xué)試劑易對學(xué)生身體造成傷害，儀器操作不當(dāng)也易損壞。本文以硫代硫酸鈉溶液的標(biāo)定初步探索虛擬仿真實驗室的可實施性。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)化學(xué)；虛擬仿真；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）28-0127-02

一、基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的改革，我校的基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)體系已經(jīng)成為一個有機(jī)的整體，分為三個大的模塊：第一部分是化學(xué)基本操作訓(xùn)練，涵蓋無機(jī)及分析化學(xué)實驗、有機(jī)化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗的所有基礎(chǔ)操作訓(xùn)練（虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的主要部分）；第二部分是初步的綜合性、設(shè)計性實驗訓(xùn)練，涵蓋無機(jī)及分析化學(xué)實驗、有機(jī)化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗的簡單綜合性、設(shè)計性實驗訓(xùn)練，該部分只進(jìn)行單獨的綜合性實驗訓(xùn)練，不進(jìn)行課程的交叉訓(xùn)練，前兩部分在大學(xué)二年級前完成；第三部分是綜合三門化學(xué)實驗課程知識的研究性實驗訓(xùn)練，該部分實驗內(nèi)容將涵蓋化學(xué)實驗課程的所有訓(xùn)練內(nèi)容，以系列的研究性實驗訓(xùn)練為主，按著科學(xué)研究的思路開設(shè)實驗，由幾個系列實驗組成，從制備、合成、檢測、鑒定，到研究報告的書寫、研究結(jié)論的歸納總結(jié)的諸多方面進(jìn)行訓(xùn)練。目前，化學(xué)實驗教學(xué)模式通常是學(xué)生課前依據(jù)實驗教材進(jìn)行預(yù)習(xí)，教師課堂現(xiàn)場講解，學(xué)生再進(jìn)行實驗。由于時間、空間、教學(xué)資源的限制，在面向大面積學(xué)生的實驗教學(xué)中“照葫蘆畫瓢”模仿式教學(xué)模式長期存在，從而造成學(xué)生對于對實驗課不重視，實驗教學(xué)達(dá)不到預(yù)期效果，最終達(dá)不到教學(xué)目的。由此，改革傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)模式勢在必行，基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)的引入是解決當(dāng)前問題的重要途徑之一。

二、基礎(chǔ)化學(xué)虛擬實驗課程體系設(shè)置方案

通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)的訓(xùn)練，使學(xué)生不僅僅掌握基本原理和相應(yīng)的單元操作，同時達(dá)到能夠自如地綜合運用所學(xué)的實驗知識和技能，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，更加靈活地掌握和運用所學(xué)的知識，在現(xiàn)實的實驗條件下將會大幅度提高學(xué)生的動手能力、綜合分析能力、解決實際問題的能力；為培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的應(yīng)用型人才，特別是受企事業(yè)用人單位歡迎的優(yōu)秀人才奠定基礎(chǔ)。虛擬實驗課程體系設(shè)置方案的核心是根據(jù)實驗教學(xué)大綱和專業(yè)特點，實行多層次課程內(nèi)容，強(qiáng)化綜合性系列實驗和設(shè)計性實驗。我國各高等院校的培養(yǎng)模式大體相近，尤其是工科的輕工、化工類專業(yè)，經(jīng)過多年的教學(xué)改革，已經(jīng)將四大化學(xué)實驗融合成一個有機(jī)的整體，課程體系分為三個大的模塊。本項目虛擬仿真實驗系統(tǒng)與原有的實驗體系配套，也分成三個部分：第一部分是化學(xué)基本操作訓(xùn)練，包括無機(jī)及分析化學(xué)實驗、有機(jī)化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗的所有基礎(chǔ)操作訓(xùn)練；第二部分是初步的綜合性、設(shè)計性實驗訓(xùn)練，包括無機(jī)及分析化學(xué)實驗、有機(jī)化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗的簡單綜合性、設(shè)計性實驗訓(xùn)練，該部分只進(jìn)行單獨的綜合性實驗訓(xùn)練，不進(jìn)行課程的交叉訓(xùn)練；第三部分是綜合三門化學(xué)實驗課程知識的研究性實驗訓(xùn)練，該部分實驗內(nèi)容將涵蓋化學(xué)實驗課程的所有訓(xùn)練內(nèi)容，以系列的研究性實驗訓(xùn)練為主，按著科學(xué)研究的思路開設(shè)實驗，由幾個系列實驗組成，從制備、合成、檢測、鑒定，到研究報告的書寫、研究結(jié)論的歸納總結(jié)的諸多方面進(jìn)行訓(xùn)練。根據(jù)上述思路，我們按實驗的難易程度分為三類：基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、探究性實驗。

1.基礎(chǔ)實驗包括以下兩部分：基礎(chǔ)實驗一：基本操作類如制備、分離、過濾、蒸發(fā)，重結(jié)晶以及容量、重量、含量分析等，主要訓(xùn)練學(xué)生在大學(xué)本科階段必須掌握的化學(xué)基本實驗技能技巧、物質(zhì)的鑒定、分析、分離與提純等方法。基礎(chǔ)實驗二：儀器類實驗、基本參數(shù)測量實驗，主要訓(xùn)練學(xué)生常用儀器的性能及操作方法，常規(guī)物理量和參數(shù)測量及數(shù)據(jù)處理等

2.綜合實驗。該層次實驗主要以合成（含有機(jī)合成、無機(jī)合成等）為主線，輔之以各種分析與測量手段（大部分在基礎(chǔ)實驗階段已經(jīng)得到訓(xùn)練）。通過本階段的訓(xùn)練，學(xué)生一方面可學(xué)到新的合成技術(shù)，同時又可以利用階段掌握的基本實驗技能、儀器操作以及數(shù)據(jù)處理等方法，對合成的產(chǎn)品進(jìn)行分離提純、分析表征，并測量相關(guān)反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)等，也就是開展進(jìn)一步的應(yīng)用性實驗。這可以幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、強(qiáng)化前一階段已訓(xùn)練過的知識，進(jìn)一步規(guī)范實驗操作技能和技巧，避免了簡單的重復(fù)；并可以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識和提高解決實際問題的能力。

3.探究性實驗。該層次的實驗內(nèi)容主要來自教師的科研成果，學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)和興趣自由選擇實驗項目，教材中只給出實驗?zāi)康呐c要求，學(xué)生必須通過查閱參考文獻(xiàn)，撰寫實驗方案，經(jīng)指導(dǎo)老師審查通過后獨立開展實驗，對于實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題盡可能自行解決。完全摒棄了在以往實驗教學(xué)中常用的“保姆式”教育，放手讓學(xué)生去設(shè)計、思考，獨立自主地解決實際問題，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到顯著提高。

三、基礎(chǔ)化學(xué)虛擬實驗課程體系實踐——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定

（一）實驗?zāi)康模ㄔ谲浖悬c擊相關(guān)按鈕查看）

1.了解間接碘量法的基本原理。

2.掌握間接碘量法的反應(yīng)條件和滴定條件。

3.學(xué)習(xí)用淀粉指示劑正確判斷終點的方法。

（二）實驗原理（在軟件中點擊相關(guān)按鈕查看）

四、結(jié)語

虛擬仿真實驗是現(xiàn)實實驗教學(xué)的重要補(bǔ)充，虛擬仿真實驗形象生動，可激發(fā)學(xué)生探索學(xué)習(xí)的興趣。通過虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的訓(xùn)練，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的實驗知識，可以在有限的時間內(nèi)，更好地訓(xùn)練學(xué)生的綜合運用知識能力，使學(xué)生能夠更加靈活地掌握和運用所學(xué)知識解決實際問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曼.創(chuàng)建基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗室的思考和建議[J].中國教育技術(shù)裝備，2016，2（382）：59-60.

[2]王衛(wèi)國.虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

Abstract：The basic chemical experiment is an essential part of chemical related professional skills training，but in the process of the experiment，some toxic chemical reagent is easy to cause harm to the student body，instrument improper operation is also easy to damage. Based on the calibration of the sodium thiosulfate solution preliminary explore the practical of virtual simulation lab.

Key words：basic chemistry；virtual simulation；the experimental teaching