基于仿真實驗平臺促進漢中地區化學實驗教學工作的研究

趙爽 史娟

摘 要：化學實驗教學是化學教學的重要組成部分，是學生掌握知識、提高科學素養的重要途徑。漢中受當地學校實驗環境、條件等客觀因素的制約，造成了學生實驗操作技能匱乏、對化學實驗探究活動缺乏興趣等一系列的問題，制約了學生科學素養的發展。為改變此困境，切實提高實驗教學質量，教師可以嘗試采用一種信息化應對策略——化學仿真實驗平臺，它為教與學提供了虛擬的仿真實驗教學資源。教師可以通過虛擬情境改進實驗教學方法，從而提高教學質量。

關鍵詞：化學實驗教學;化學仿真實驗平臺;科學素養

中圖分類號：O611-4;G652 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-04-11 文章編號：1674-120X（2019）23-0071-02

實驗教學是基礎教學活動的一個重要環節[1]，化學實驗是研究和學習物質及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑。《普通高中化學課程標準（實驗）》中指出：化學實驗有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情景，幫助學生理解和掌握化學知識和技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀。化學教育家戴安邦教授說過：“化學實驗課是全面實施化學教育最有效的教學形式[2]。”在新課程改革大力推行的今天，化學實驗還是培養學生創新精神和科學探究能力的重要途徑，因此化學實驗在化學教學中有著舉足輕重的地位。

受多種主客觀因素的限制，化學實驗在實施中有諸多問題，實驗教學現狀不容樂觀，傳統實驗的教學模式越來越難滿足教學發展的需求，因此采用科學手段提高化學實驗的教學質量刻不容緩。

一、漢中市中學化學實驗教學現狀

本文以陜西省漢中市8所中學為例進行調查分析，共調查了8所中學中的教師，其中重點高中三所，普通高中三所，民辦高中兩所，共調查教師52人，在化學實驗教學中突出的問題如下。

（一）實驗開放程度低，學生參與度不高

我通過對漢中市中學實驗條件和設備的調查發現，漢中市多數學校開設的實驗室數目較少，兩間以上的占25%，大部分學校僅有一間實驗室。藥品配置缺乏，藥品配置完整的僅占16.3%，并且大部分學校只有簡單的設備。

在化學教學中，放棄化學實驗的主要原因是缺少實驗儀器，這導致學生只能觀察甚至記憶背誦實驗過程，因而其實驗參與度不高，實驗操作和技能缺乏，實驗教學于學生而言僅為紙上談兵。

（二）實驗教學方式單一，教學效果不佳

通過對實驗教學情況的調查，我們可以看出當前化學實驗教學模式單一，61.2%的教師選擇用多媒體進行演示實驗，學生獨自操作實驗較少。在選擇實驗的類型時，81.6%的教師選擇的實驗類型為考試中可能會考的實驗，很少考慮學生的興趣和探究能力是否能因此提高，而是以應試教育為主，這導致學生學習興趣不高，實驗教學難以達到預期的效果。

（三）實驗探究能力缺失，學生綜合素質不強

通過對實驗課開設情況進行調查我們可以看出，73.5%的學校開設實驗課的類型主要為驗證性實驗，實驗材料也主要來自課本。49%的學校在實驗中主要以實驗操作是否規范為培養的重點，探究性實驗和與生活息息相關的實驗材料相對缺乏，實驗內容缺乏趣味性和生活性。在化學實驗教學過程中，教師由于缺乏培養學生進行化學實驗的興趣和綜合能力的意識，導致廣大學生實驗探究能力缺失，學生的綜合素質和科學素養不強。

二、仿真實驗教學

隨著信息技術的發展，化學實驗也進行了革新。仿真實驗的出現，改變了傳統的實驗教學。當前化學虛擬實驗研究大多局限于大學實驗，但隨著計算機在教學中的廣泛應用，基于全球化智能信息網絡的分布式、開放式、個性化，以學生為中心的雙邊交互的現代教育是未來教育發展的必然趨勢[4]。

（一）仿真實驗教學平臺

仿真實驗教學平臺是一種將化學體驗式學習課件、教學視頻、教學常用工具等教學資源集成在一起的平臺，具有主體性、實踐性、智能反饋性、情景虛擬性、學科科學性、開放整合性等特點，對學生知識的建構及各項能力的培養有著顯著的作用。仿真實驗可替代有毒、裝置較復雜和實驗條件不易控制的實驗，符合綠色環保和安全意識。

（二）仿真實驗的特點

中學化學仿真實驗平臺是指操作者根據一定的實驗要求，運用化學知識與技能自主選擇化學實驗儀器、設計組裝實驗裝置等的一個虛擬實驗設計場景。平臺主要有以下幾個特點。

1.仿真性

仿真性是指平臺中的化學儀器、實驗操作過程、產生的現象與真實實驗具有很大的相似性，既可以滿足學生觀察實驗的需要，又可以彌補真實實驗中不易觀察到現象的不足，讓學生在虛擬實驗的場景中有身臨其境的感覺。

2.可重復性

在真實實驗中，受開設實驗室的時間和實驗室藥品有限的制約，學生無法多次進行實驗。但在仿真實驗平臺中，可進行實驗前的虛擬練習，又可以讓學生隨時隨地復習，掌握實驗的內容和操作方法。

3.交互性

交互性指在實驗平臺中，實驗所需要的藥品和儀器均可以通過拖動和點擊鼠標來實現儀器的移動、組裝、和實驗的引發，這一特點可幫助學生了解和正確組裝實驗儀器，進而成功地完成實驗，同時也為學生進行化學實驗探究提供了條件。

4.安全環保性

針對化學實驗中有毒且有安全隱患的實驗，教師利用仿真實驗教學，既可以保證學生的安全，又可以使實驗順利進行。

（三）仿真實驗與真實實驗的比較

仿真實驗平臺與真實實驗有各自的特點和優勢，如何更好地利用兩種教學手段以達到最好的教學效果，需要對兩種教學手段進行分析，分析對比如表1。

對真實實驗和虛擬實驗的特點進行對比發現，真實實驗的不足正是虛擬實驗的優勢，因此在教學活動中，應該充分認識二者在實驗教學中的優勢和不足，取長補短，相互配合，以達到更好的實驗教學的效果。

三、合理利用仿真實驗的教學策略

在化學實驗教學中，要培養學生的思維能力和動手操作能力，就要合理安排和利用仿真實驗平臺，以達到更好的教學效果。

（一）利用仿真實驗平臺進行“前實驗”

“前實驗”是指在做真實實驗之前，學習者所做的與實驗相關的一切知識和技能方面的準備。通過“前實驗”對實驗目的、實驗所需的儀器和藥品、實驗原理、操作步驟、注意事項進行預習，學生對實驗有整體的了解。但由于缺乏可視的儀器，學生在頭腦中難以進行有效的實驗模擬，導致預習效果大打折扣。但是若利用仿真實驗平臺進行實驗的預習操作，可以使學生較為直觀地熟悉實驗儀器，領會操作步驟和了解操作規范，從而使預習工作達到理想的效果。同時，經過虛擬實驗，在做真實實驗時，學生就可以避免操作步驟錯誤，出現儀器損壞和浪費藥品甚至產生危險操作的現象。例如，在做虛擬實驗連接儀器時，如果連接錯誤，系統則會提示錯誤，需要重新連接，只有儀器連接正確才能進行下面的步驟。這樣的實驗安排，使學生在進行實驗前能做到頭腦清晰、胸有成竹，既保證了實驗順利安全進行，又保證了教學效果。

（二）學習和模擬實驗

仿真實驗具有很強的真實性和立體感，學生可以利用此平臺通過鼠標的移動和點擊，自行組織安裝儀器，并進行實驗操作，仿佛置身于真實的實驗室環境中，達到學習實驗的目的。

（三）進行探究性和拓展性實驗

在教師的引導下，學生可以自己設計實驗，并進行實驗操作、實驗評價、實驗反思等一系列的探究活動。正是仿真實驗平臺提供的探究空間，讓學生可以自主選擇自己的學習目標、學習內容、學習方式、學習時間與學習地點進行實驗探究活動，觀察實驗現象，理解實驗原理。發現實驗規律。這有利于學生學習知識、技能遷移的實現，學生親自探索知識，使自己變為知識的發現者。通過長期的鍛煉，學生的創新思維能力必將得到很好的培養。

（四）鞏固復習實驗，提高問題解決能力

利用仿真實驗，可以圍繞實驗的重難點，有針對性地幫助學生查漏補缺，鞏固和復習所學過的實驗，使學生進一步掌握實驗原理，熟悉實驗內容，鞏固實驗知識，完善認知結構，提高復習教學的針對性和有效性。將實驗操作與實驗原理結合，有利于培養學生問題解決的能力。

四、結語

化學仿真實驗平臺在實際的化學實驗教學中有著自己獨特的優勢，但它并不是一把萬能鑰匙，同樣也不能代替傳統的真實實驗。它的應用要與學校的客觀條件、學生的知識儲備相結合，秉承科學性、針對性的原則，作為一種輔助手段與真實實驗相結合。教師應找到二者在教學中的結合點，取長補短，才能提高化學實驗的教學效果，進而激發學生學習化學的興趣，培養學生的科學態度和價值觀。

參考文獻：

[1]葉 瀾.中國教育學發展世紀問題的審視[J].教育研究，2004（7）：3-17.

[2]戴安邦.全面的化學教育和實驗室教學[J].大學化學，1989（1）：1-7，30.