基礎化學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：基礎化學實驗是化學相關專業必不可少的技能訓練環節，但在實驗過程中，一些有毒化學試劑易對學生身體造成傷害，儀器操作不當也易損壞。本文以硫代硫酸鈉溶液的標定初步探索虛擬仿真實驗室的可實施性。

關鍵詞：基礎化學；虛擬仿真；實驗教學

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

一、基礎化學實驗教學現狀

經過多年的改革，我校的基礎化學實驗教學體系已經成為一個有機的整體，分為三個大的模塊：第一部分是化學基本操作訓練，涵蓋無機及分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗的所有基礎操作訓練（虛擬仿真實驗教學系統的主要部分）；第二部分是初步的綜合性、設計性實驗訓練，涵蓋無機及分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗的簡單綜合性、設計性實驗訓練，該部分只進行單獨的綜合性實驗訓練，不進行課程的交叉訓練，前兩部分在大學二年級前完成；第三部分是綜合三門化學實驗課程知識的研究性實驗訓練，該部分實驗內容將涵蓋化學實驗課程的所有訓練內容，以系列的研究性實驗訓練為主，按著科學研究的思路開設實驗，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、研究結論的歸納總結的諸多方面進行訓練。目前，化學實驗教學模式通常是學生課前依據實驗教材進行預習，教師課堂現場講解，學生再進行實驗。由于時間、空間、教學資源的限制，在面向大面積學生的實驗教學中“照葫蘆畫瓢”模仿式教學模式長期存在，從而造成學生對于對實驗課不重視，實驗教學達不到預期效果，最終達不到教學目的。由此，改革傳統化學實驗教學模式勢在必行，基礎化學虛擬仿真系統的引入是解決當前問題的重要途徑之一。

二、基礎化學虛擬實驗課程體系設置方案

通過虛擬仿真實驗系統的訓練，使學生不僅僅掌握基本原理和相應的單元操作，同時達到能夠自如地綜合運用所學的實驗知識和技能，充分調動學生自主學習的積極性，更加靈活地掌握和運用所學的知識，在現實的實驗條件下將會大幅度提高學生的動手能力、綜合分析能力、解決實際問題的能力；為培養高素質、高水平的應用型人才，特別是受企事業用人單位歡迎的優秀人才奠定基礎。虛擬實驗課程體系設置方案的核心是根據實驗教學大綱和專業特點，實行多層次課程內容，強化綜合性系列實驗和設計性實驗。我國各高等院校的培養模式大體相近，尤其是工科的輕工、化工類專業，經過多年的教學改革，已經將四大化學實驗融合成一個有機的整體，課程體系分為三個大的模塊。本項目虛擬仿真實驗系統與原有的實驗體系配套，也分成三個部分：第一部分是化學基本操作訓練，包括無機及分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗的所有基礎操作訓練；第二部分是初步的綜合性、設計性實驗訓練，包括無機及分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗的簡單綜合性、設計性實驗訓練，該部分只進行單獨的綜合性實驗訓練，不進行課程的交叉訓練；第三部分是綜合三門化學實驗課程知識的研究性實驗訓練，該部分實驗內容將涵蓋化學實驗課程的所有訓練內容，以系列的研究性實驗訓練為主，按著科學研究的思路開設實驗，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、研究結論的歸納總結的諸多方面進行訓練。根據上述思路，我們按實驗的難易程度分為三類：基礎實驗、綜合實驗、探究性實驗。

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

2.綜合實驗。該層次實驗主要以合成（含有機合成、無機合成等）為主線，輔之以各種分析與測量手段（大部分在基礎實驗階段已經得到訓練）。通過本階段的訓練，學生一方面可學到新的合成技術，同時又可以利用階段掌握的基本實驗技能、儀器操作以及數據處理等方法，對合成的產品進行分離提純、分析表征，并測量相關反應的動力學參數等，也就是開展進一步的應用性實驗。這可以幫助學生復習、強化前一階段已訓練過的知識，進一步規范實驗操作技能和技巧，避免了簡單的重復；并可以培養學生綜合應用基礎知識和提高解決實際問題的能力。

3.探究性實驗。該層次的實驗內容主要來自教師的科研成果，學生根據自己的專業和興趣自由選擇實驗項目，教材中只給出實驗目的與要求，學生必須通過查閱參考文獻，撰寫實驗方案，經指導老師審查通過后獨立開展實驗，對于實驗過程中發現的問題盡可能自行解決。完全摒棄了在以往實驗教學中常用的“保姆式”教育，放手讓學生去設計、思考，獨立自主地解決實際問題，使學生的創新能力得到顯著提高。

三、基礎化學虛擬實驗課程體系實踐——硫代硫酸鈉標準溶液的標定

（一）實驗目的（在軟件中點擊相關按鈕查看）

1.了解間接碘量法的基本原理。

2.掌握間接碘量法的反應條件和滴定條件。

3.學習用淀粉指示劑正確判斷終點的方法。

（二）實驗原理（在軟件中點擊相關按鈕查看）

四、結語

虛擬仿真實驗是現實實驗教學的重要補充，虛擬仿真實驗形象生動，可激發學生探索學習的興趣。通過虛擬仿真實驗教學系統的訓練，有利于學生學習和掌握相關的實驗知識，可以在有限的時間內，更好地訓練學生的綜合運用知識能力，使學生能夠更加靈活地掌握和運用所學知識解決實際問題。

參考文獻：

[1]龔曼.創建基礎醫學虛擬仿真實驗室的思考和建議[J].中國教育技術裝備，2016，2（382）：59-60.

[2]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[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