運用“仿真化學實驗室”打造高效化學課堂

馬丹妮，陳 藝，王宇飛

(云南師范大學，云南 昆明 650000)

化學這門課程最大的特點莫過于化學實驗了。化學知識來源于實驗，發展于實驗，因而化學實驗對整個化學這門課程來講其重要程度不言而喻。化學實驗是激發學生學習興趣的一個重要手段。“化學仿真實驗室”不僅可以幫助教師設計出視覺效果逼真的仿真實驗，同時可以利用此軟件向學生展示實驗原理和實驗過程，或是在正式實驗前用于學生演練操作，有利于學生全面深刻認識實驗過程和實驗原理。

1 高中化學實驗教學現狀

由于受傳統教學觀念的影響，許多中學化學實驗課堂無法做到以學生為主體，更加沒有注重對學生化學學科素養的培養與提高。涉及到實驗的課堂多數情況下依然是以教師為主體，忽略了對學生實驗能力的培養。

高中化學實驗涉及面廣泛，涵蓋無機、有機、化學原理等等方面，并且以其豐富的內涵在化學教學中扮演著重要的角色[1]。長期以來，在“唯分數論”的籠罩下，中學化學實驗的開展受到了許多限制。為了不落下教學進度，很多實驗都停留在“教師講學生聽”的層面。與此同時，中學化學有些實驗操作和流程較為復雜，對剛接觸化學實驗又沒有太多時間去練習的高中生來講，實驗過程可能不會得心應手。幾次操作失敗的實驗，就有可能影響學生對化學的學習興趣。因此，適當簡化化學實驗，借助于網絡時代的科技力量來輔助化學課堂教學，使得教學過程簡明而不失豐富，以此來提升學生的化學學習興趣，“化學仿真實驗室”這個軟件就是一個很好的選擇。

2 “仿真化學實驗室”軟件介紹

“仿真化學實驗室”是由南京金華科公司開發的一款化學教學軟件，包括仿真化學實驗室、三維分子，以及中學化學小百科三個應用程序[2]。“三維分子”可以向學生多方位地展示各種有機分子的三維立體模型，“中學化學小百科”里可以查閱各類元素的詳細信息，而最主要的就是“仿真化學實驗室”這個應用程序。運用“仿真化學實驗室”可以完成各類化學實驗的演示及探究，能帶給學生直觀明了的實驗過程，同時還可以智能的運行實驗，為教師和學生提供準確的實驗數據[3]。在“仿真化學實驗室”這個虛擬的化學實驗室中各類中學涉及到的化學反應，都可以完整的模擬出來。同時，在線下演示實驗中不易觀察到的細微實驗現象，在“仿真化學實驗室”中通過設置化學反應速度來捕捉。比如，在進行檢驗CO2的實驗中，將CO2通入澄清石灰水溶液，可以通過在屬性欄中改變反應速度來更好的觀測實驗現象。總之，利用“仿真化學實驗室”可以同步獲得化學反應現象和反應數據，同時可以讓學生全程模擬實驗步驟，加深學生對于化學反應的理解。

3 “仿真化學實驗室”的演示

以檢驗CO2為例，首先打開“仿真化學實驗室”軟件，可以看到左邊有兩列實驗儀器如圖1示。首先我們要確定本次實驗所用到的實驗儀器：250 mL 錐形瓶、50 mL 分液漏斗、100 mL 集氣瓶、導管。藥品分別是0.5 mol的 CaCO3固體、100 mL H2O、40 mL，0.5 mol/L 的HCl溶液、40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。

第一步,搭建反應儀器，點擊左側的錐形瓶。選擇 250 mL 規格，再點擊空白界面，界面上就會出現一個 250 mL 錐形瓶，按同樣的方法選擇 50 mL 分液漏斗、100 mL 集氣瓶以及導管。右擊錐形瓶，出現菜單框，點擊塞子給錐形瓶添加上塞子。按照實驗要求搭建好反應儀器。

第二步，添加藥品。右擊錐形瓶，出現對話框，點擊添加藥品，在彈出的對話框里選擇固體一欄。找到CaCO3固體，在物質的量一欄輸入0.5，點擊添加。這時CaCO3固體就被添加到錐形瓶中了。以同樣的方法，分別在分液漏斗中添加 40 mL 0.5 mol/L 的HCl溶液，在錐形瓶中添加 100 mL H2O，集氣瓶中添加 40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。如圖2示。

圖1 打開“仿真化學實驗室”軟件 圖2 添加藥品

第三步進行反應。點擊工具欄上的運行按鈕運行實驗。這時在剛剛搭建好的儀器上就可以操作儀器使反應開始進行。點擊分液漏斗，其旁邊出現三個按鈕，分別是“打開”“關閉”“點滴”。點擊“打開”，此時分液漏斗中的HCl溶液進入錐形瓶開始和CaCO3固體反應，生成的CO2進入集氣瓶和 Ca(OH)2溶液反應，如圖3。但是反應過程略快導致我們無法觀察清楚集氣瓶中的Ca(OH)2溶液是否變渾濁。對此可以修改反應速度。點擊工具欄的停止按鈕，然后點擊錐形瓶，在彈出的菜單框中選擇“屬性”。出現“容器的屬性”這個對話框，點擊容器中的反應，刪去第二第三個反應，只保留課本實驗中的反應方程式，并把右側的反應速度設置為原反應速度的1/5即0.002。最后點擊 “容器相關設置”，不選智能處理反應。此軟件中，智能處理反應是從化學反應方程式庫中選擇出來的。設置完成后再點擊運行實驗，此時看到實驗速度明顯變慢，觀察集氣瓶也可以看到集氣瓶中的Ca(OH)2溶液先變渾濁再變澄清，如圖4示。

圖3 運行實驗

圖4 觀察集氣瓶

第四步分析實驗數據。實驗數據可以通過為容器中的藥品定義變量來獲得。如為CaCO3固體定義變量，需要在集氣瓶屬性對話框中點擊“容器中的藥品”里的“添加”按鈕為集氣瓶添加數量為0的CaCO3固體，然后點擊添加的CaCO3固體在彈出的對話框里點擊“定義變量”按鈕，可以選擇定義其mol或者是質量。在對實驗過程中的某一生成物或者反應物進行定義變量之后我們就可以在運行實驗的過程中實時觀測到這一藥品量的變化情況，同時還可以使用曲線對象繪制變量的曲線變化情況，這有益于后期對實驗數據的分析處理。

4 運用“仿真化學實驗室”打造高效化學課堂

以現代教育手段輔助課堂是中學化學教學改革的必由之路，將“仿真化學實驗室”這個平臺與傳統化學課堂相融合，不僅可以延伸化學課堂時空，幫助教師打造立體高效的化學課堂[4]，同時還有利于提高學生學習化學的興趣，培養學生的綜合實踐能力與創新意識，讓傳統的化學課堂變得更加出彩，更加高效。

1)利用“仿真化學實驗室”制作優質課件

教師在教學中可以用“仿真化學實驗室”軟件，將不便于在線下演示的化學實驗制成課件。由于本軟件可以智能處理反應，不僅讓化學實驗課堂不受空間限制，還可以使學生多次觀察實驗現象，不受時間的限制。運用此軟件教師還可以充分向學生展現反應機理，比如化學能轉變為電能等方面的知識，使得學生可以更直觀的理解原電池的工作機理，這是傳統課堂所不能做到的。

2)教師演示化學實驗，提升課堂效率

在課堂中運用“仿真化學實驗室”進行演示實驗以代替實際實驗操作過程中較難操作的、有毒有害的或者實驗現象不易觀測的實驗，以此來提升課堂效率，也可彌補實驗條件不足的限制。用“仿真化學實驗室”制作出的課件，相比其他軟件來講，不僅實驗過程清晰，同時由于本軟件版面設計等方面簡潔明了，操作便捷，因而可以大大縮短教師備課時間，減輕教師備課任務。

3)學生運用“仿真化學實驗室”操作練習實驗，提升學生的創新意識與探究能力

“仿真化學實驗室”不僅可以方便教師，同時還可以為學生提供更加簡捷上手的虛擬實驗操作。比如一些探究性的實驗，常常需要變換反應條件，多次進行驗證性的實驗，如果用傳統實驗方案的話，一方面造成時間的浪費，另一方面如果學生的實驗過程操作失誤，或者由于另外一些不可控因素造成實驗不成功，則會打擊學生的學習熱情[5]。另外，由于“仿真化學實驗室”可以高度還原實驗過程，其所打造的虛擬實驗室可以讓學生在教師的引導下自主設計探究性實驗。實驗的每一個步驟都可以讓學生用鼠標來進行，十分有助于學生對于實驗的理解和認識。

5 結語

綜上所述，“仿真化學實驗室”不僅可以彌補部分學校化學實驗室硬件設施不足的短板，還可以幫助教師制作高質量課件以提高課堂效率。學生通過運用“仿真化學實驗室”來進行實驗的練習可以提高探究能力。另外，在信息時代的大背景之下，我們可以看出未來遠程在線教學將越來越融入我們的教學過程中。那么作為一門以實驗為基礎的學科，“仿真化學實驗室”不僅提高了學生動手動腦和觀察思維能力，同時也真正做到了使學生真切感受到虛擬化學實驗的樂趣，大大提升了教學效率，也推動了化學實驗教學的改革步伐。