虛擬仿真實驗教學的初步探索

楊海青 劉世貴

摘 要：大數據時代，信息技術發展迅猛，網絡全面覆蓋到人們日常生活中，給人們的生活、工作以及學習提供諸多便利。這充分體現出信息技術對教育教學的重要性，也說明了為何要借助虛擬仿真實驗來輔助高中化學教學。高中化學課程包含諸多抽象的理論知識，離不開大量的實驗教學，這些化學實驗普遍需要用到很多的儀器設施，對于初學者來說具有一定的操作風險，因此將虛擬仿真實驗與高中化學相結合，能夠保障學生的人身安全，節省器材消耗，提高實驗成功率，提升教學效果。

關鍵詞：虛擬仿真實驗;高中化學;實驗教學;應用策略

中圖分類號：G63 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2022）09-0189-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2022.09.087

伴隨著信息技術的發展，互聯網已經逐漸滲透到課堂教學中，并彰顯出顯著的應用價值。在這一背景下，結合信息技術積極開展虛擬仿真實驗教學，優化實驗教學模式，已經成為研究和關注的重點。隨著實驗教學重要性的不斷凸顯，廣大教育者相繼提高了對高中化學實驗教學的重視程度。虛擬仿真實驗能夠給學生帶來真實體驗，調動視覺、聽覺、觸覺等多種感官，營造一個生動逼真的實驗環境，從而在虛擬的實驗中達到既定的教學目標。虛擬仿真實驗對實驗教學內容進行了豐富和拓展，促使高中化學實驗學習的廣度和深度得到相應的延伸[1]。

一、高中化學課堂中虛擬仿真實驗教學現狀分析

（一）“內容”和“骨架”分離

將高中化學教學與虛擬仿真實驗相結合，若想取得理想教育成效，還需要有專業素養的教師作為支撐，現階段，有很多公司都能提供虛擬仿真技術，而進行虛擬仿真實驗教學的實施者，只有具備極強專業素養的教師才行。面對這一要求，高中化學教師要提升自身的教學能力、專業素養，設計目的明確、簡單易懂、知識點豐富的虛擬仿真實驗內容，之后將其專門交給軟件公司來開發，進而保障虛擬仿真實驗的順利開展。然而，受資金欠缺等因素所影響，一些公司缺少相應的技術支持，難以實現“內容”所需的虛擬體系[2]。雖然專業軟件公司有技術優勢，但缺少對學科知識的了解，導致開發過程中存在諸多問題，這與現行的化學實驗教學大綱存在顯著的差異，致使化學實驗教學效果大打折扣。

（二）學校方面

將高中化學教學與虛擬仿真實驗相結合的關鍵，是教師來引導學生對實驗原理與結論進行深入研究，進一步發展學生個性，引導其進行實驗創新，并在開展虛擬仿真實驗的過程中，驗證結果是否匹配設想。要想實現這一目標，學校和教師就要加大投入力度，積極開展實驗探究課，對軟件做好安裝與檢查工作。然而現實中，學校只能提供有限的儀器，很難給全體學生都提供創新的機會，這種情況不利于在高中化學教學中實現對虛擬仿真實驗教學的推廣與應用。

（三）學生方面

以往的高中化學實驗教學更加側重依賴教師的演示實驗，講授相關實驗原理，這種教學模式下，學生難以形成良好的學習體驗，普遍認為教學內容是枯燥乏味的，缺少實際操作的機會，更遑論大膽猜想與驗證。雖然虛擬仿真實驗教學模式的應用，能夠在各環節給學生提供更多體驗、參與的機會，但是由于諸多因素的影響，如教師自身的課程設計能力，學生借助仿真實驗進行猜想驗證的體驗與參與機會并不多。

（四）開放共享不足

調查發現，在借助虛擬仿真實驗開展化學實驗教學時，必須要具備健全的教學平臺共享機制、管理制度等作為外部保障。但是虛擬仿真實驗在開展過程中依然存在共享機制不夠健全、平臺管理制度不夠完善、知識產權歸屬不夠明晰等現象。在這種情況下，高中化學實驗教學中的一些虛擬仿真實驗只能在校內共享，難以在較大范圍內實現共享。這主要是因為虛擬仿真實驗在開展的時候，必須依托網絡的公共教學平臺，對優質實驗資源進行共享、利用，并建立與其相關的機制。但目前尚未做到這一點。

二、虛擬仿真實驗在高中化學課堂教學中的具體應用

（一）化學實驗的分類與整合

化學實驗的種類不一，想要提高虛擬仿真實驗的應用效果，使其更具針對性，教師就要注重展開合理的分類、整合，讓各類化學實驗都能與虛擬仿真實驗建立聯系，從而提高其應用效率。就高中階段的化學學習而言，根據不同的實驗主題，可以劃分成由教師進行演示的實驗和由學生進行演示的實驗;而結合化學實驗結果予以定性，則可劃分成化學定性實驗、化學定量實驗等。因此，想要更好地將虛擬仿真實驗應用于高中化學教學中，教師還要聯系眼下化學教學領域中使用廣泛的實驗資源、化學教材、信息技術、學生認知水平等，對高中化學實驗進行以下類型的劃分：（1）基礎類實驗，包括基礎的實驗操作、化學藥品、安全措施等;（2）表征類實驗，包括結構表征、性質實驗、制備實驗以及數據處理;（3）創新類實驗，包括自制教具、探究實驗等;（4）綜合類實驗，包括科技實驗、生活實驗、工藝實驗。這種分類方法，既可以做到重復使用，還可以避免資源的浪費，從而促進化學教學效率的提升。

（二）智能化操作

實現教育手段現代化，并對其進行推廣和創新，是開展虛擬仿真實驗的硬件基礎，也是提升學生課堂參與程度的關鍵。因此，高中化學教師應依據學生的參與程度，對智能化的操作方式進行劃分。

1.虛擬仿真實驗室智能操作。主要是指在特定的實驗室內，依據現代信息技術作為工具和手段，將其置于特定的化學實驗中開展仿真實驗。化學試劑、反應、結果都可以借助特定的虛擬軟件，“真實”地呈現出來，使學生在生動形象的化學實驗場景中，深刻理解實驗過程中的相關知識，如量變知識、質變知識。另外，在具體的實驗教學中，教師還應緊緊圍繞學生的實際情況，結合實驗自動生成化學方程式，并在其中將化學實驗過程中所需要的藥品的性質、特點等全面地展示出來。

2.在“真實”情境中，指導學生親自參與虛擬仿真實驗。教師要指導學生在真實的情境中，遵循科學的實驗流程，借助虛擬場景中的藥品、儀器等開展虛擬實驗，在保證安全的前提下參與實驗實踐。這種模式可以使學生在虛擬的情境中，借助虛擬的實驗器材展開各種化學實驗活動。

現如今，很多發達地區內的學校，都已將“DIS數字化實驗系統”、虛擬仿真實驗室等與化學實驗教學之間進行了深入融合。相關的科研單位應加大研發工作，大力發展虛擬“實驗室”，使學生在虛擬的實驗情境中，高效完成化學實驗。同時，虛擬的實驗教學情境，也能更加智能、便捷、可重復。

（三）實驗視頻仿真操作

將虛擬仿真實驗教學與高中化學教學相結合，教師還可以在備課階段將虛擬實驗教學的視頻錄制下來，然后將其上傳到班級教學平臺上，包括班級微信群、QQ等，指導學生在課下自行選擇時間進行在線學習。首先，在課堂上給學生播放實驗視頻。教師在開展虛擬實驗教學時，可靈活借助多媒體的方式，給學生播放相關的教學視頻。這種教學視頻可以是教師自身錄制的實驗視頻，也可以是從資源庫中下載的優質實驗視頻資源，通過多種網絡平臺的應用，對虛擬的化學實驗視頻進行直播、重復點播。視頻直播可指導學生進行課前預習，重復點播則可指導學生進行自主學習。其次，高中化學教師還可以制作3D或5D虛擬實驗視頻，并將其播放出來，不斷增強和強化學生的實驗體驗感，使學生在觀看過程中得到猶如自己實際操作的真實感。在此過程中，學生通過“真實”的感官體驗，能夠促進實踐意識的提升。學生在視頻觀看過程中，要積極展開“操作”，可以是對于實驗流程的模擬演練，也可以是實驗藥品的勾兌。

（四）注重教師素質的提高

雖然將高中化學教學與虛擬仿真實驗相結合，有利于保障實驗的安全性，節約實驗器材消耗，提高實驗學習效率，但是依然不能忽視教師在實踐教學中的重要地位。教師的教學水平直接影響最終的教學效果，學生在了解并接觸虛擬仿真實驗時，離不開教師的逐步引導與講授。由此可見，虛擬仿真實驗能否在高中化學教學中得到有效應用，最關鍵的一點就是教師是否具備相應的素質。首先，學校要重視加強信息技術教師和化學教師間的聯系，給化學教師創造更多開展虛擬仿真實驗教學的機會，不斷加教師資質培訓，促進其專業素質的提升。其次，高中化學教師應有意識地整合網絡資源，促進自身專業素質的提高，以便更好地開展對虛擬仿真實驗教學的創新及其特色模式的構建，并在此基礎上充分發揮虛擬仿真實驗教學的積極作用，實現高中化學教學水平的進一步提升。

綜上所述，對于高中化學教學而言，虛擬仿真實驗教學模式的應用具有重要意義，對達成高中化學實驗的程序化教學有著積極影響，同時虛擬仿真實驗教學能夠避免出現其他意外結果。基于此，廣大教師應提高對高中化學實驗教學的重視程度，通過虛擬仿真實驗教學模式的有效應用，來促進高中化學課程質量的提升，給學生提供更多實踐機會，使其得到良好的學習體驗，從而更加喜愛高中化學這門課程，以此促進學習質量與效率的不斷提升。

參考文獻：

[1] 葉興琳，崔桃，喻國貞，等.基于線上線下和虛擬仿真實驗技術的有機化學實驗教學改革[J].廣東化工，2021（2）：174.

[2] 譚惠靈，郭慶，韓景倜.虛擬仿真實驗教學建設的認識論思考[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（12）：17.