虛擬實驗在高中化學實驗教學中的應用實踐

田甜

摘 要：“膠體的性質”實驗存在一定難度，對學生提出了較高要求，所以很多教師在開展實驗教學時會遇到一些問題，導致教學效果并不是很理想。而虛擬實驗的應用可以降低實驗難度，提高實驗效果，使學生能夠提升在實驗活動中的參與度，在學習知識的同時進一步提升學生的實驗能力。所以，在高中化學教學中，教師需要將虛擬實驗的應用重視起來，本文從問題、概念、特點、優(yōu)勢、策略五個方面入手，闡述了虛擬實驗在“膠體的性質”實驗中的應用。

關鍵詞：虛擬實驗；高中化學；實驗教學；應用

在時代的發(fā)展下，實驗教學在高中化學教學中的作用越來越重要，地位也越來越高。所以在實施化學教學時，教師需要對理論知識進行有效學習，并對學生的實驗能力進行有效培養(yǎng)。而虛擬實驗的應用能夠為學生提供相應機會，可以使學生能夠充分參與教學活動，在動手操作的過程中理解知識、培養(yǎng)能力。所以，教師需要將虛擬實驗應用于高中化學實驗教學中。下面就實驗教學的開展進行了研究，以期為教師帶來一定的啟發(fā)，進一步提高教學活動的有效性。

一、高中化學實驗教學中存在的問題

化學是高中階段的重要組成部分，其隸屬于自然科學，實驗教學是化學教學的重要組成部分。但是在一些因素的影響下，教師在開展化學實驗教學時會以講述的方法進行化學實驗的原理、化學實驗的過程、化學實驗的現(xiàn)象的介紹，根本沒有達到相關要求，所以學生在學習過程中不利于強化對知識的理解，甚至認為化學學習很難，不愿意參與到教學活動中，導致教學效果不太理想。下面就高中化學實驗教學中存在的問題進行了闡述。

（一）實驗條件和實驗內容具有局限性

雖然實驗教學是高中化學教學的重要組成部分，但是，我國地域遼闊、不同地區(qū)的經濟水平不同，導致不同學校的實驗條件參差不齊[1]。比如一些貧困地區(qū)的高中受經費的影響，無法引入適合的實驗儀器、實驗試劑，導致實驗教學無法順利開展。同時，部分教師在開展實驗教學時以教材為重點，而且對相關資料產生了依賴感，導致實驗教學的開展存在單一枯燥等問題。也就是說，在這樣的實驗教學中，學生是根據(jù)教師提供的實驗步驟完成實驗，而沒有經歷自主探究的過程，所以實驗教學的效果并不是很理想。

（二）實驗儀器及試劑存在危險性

高中化學實驗教學中，通常會用到一些玻璃制品，使用的化學試劑也會產生一定的化學反應，而且部分試劑是具有強腐蝕性的酸或堿。高中生雖然有著一定的學習經驗，但是受一些因素的影響，學生并沒有掌握實驗教學的策略、技巧，導致實驗過程中存在處理不當?shù)葐栴}，帶來了很大的安全隱患。

（三）實驗試劑和反應產物的污染性

高中化學課程標準中的化學實驗用到了很多的反應試劑，也會產生各種各樣的反應產物。如果教師沒有按照實際情況進行科學系統(tǒng)的分類、保存、處理，將會出現(xiàn)學校周圍環(huán)境受到污染的情況[2]。

（四）實驗過程復雜且缺乏嚴謹性

傳統(tǒng)的化學實驗涉及了較多內容，而且在實驗過程中對學生的技術水平、知識掌握情況提出了較高要求，所以，實驗過程費時費力。在這種情況下，很容易出現(xiàn)實驗效果不精確的情況，導致教學效果不太理想，且學生無法準確地掌握相關知識。

二、虛擬實驗的概念

虛擬實驗最早出現(xiàn)于1989年，是由美國弗吉尼亞大學的威廉·沃爾夫教授提出的。當時，其只是一種可以為不同位置的實驗人員提供交流及協(xié)作工作、共享實驗資源和數(shù)據(jù)的計算機網絡化環(huán)境。但是在不斷研究下，虛擬實驗得到了進一步的發(fā)展。1999年，聯(lián)合國教科文組織提出了虛擬實驗研究中心和虛擬研究實驗室的科研和教學模式的構想，并對其進行了定義：為進行遠程協(xié)作、實驗探究或其他活動，借助分布式通信技術并發(fā)布結果的電子工作室。

三、虛擬實驗的特點

相較于現(xiàn)實生活中的實驗室，虛擬實驗在教育和科研方面有著一定的優(yōu)勢，如：

（一）成本低廉

虛擬實驗可以在不用儀器或者使用少量儀器的基礎上進行化學實驗。所以利用虛擬實驗可以有效減少試劑設備購置、管理、維護過程中產生的費用，從而充分降低相關成本。

（二）自主性

虛擬實驗相對自由，開放性較強，而且是網絡平臺，學生和教師可以根據(jù)自己的實際需求進行實驗的時間、儀器、地點、內容、方法的選擇，為實驗教學及實驗練習的有效安排提供保障，從而激發(fā)學生的學習欲望，使學生具備一定的自主探究的興趣[3]。

（三）交互性

虛擬實驗是一種以網絡為基礎的遠程教育，可以對傳統(tǒng)教學活動進行有效優(yōu)化，解決只能看不能動手做的問題。在實驗過程中，教師、學生、網絡實驗室系統(tǒng)能夠進行有效互動、交流[4]。所以，師生之間、生生之間能夠進行科學合理的合作、學習，能夠在操作的過程中，形成較強的實踐能力，實驗教學的效果能夠得到充分提升。

（四）高效性

借助虛擬實驗中的復習平臺的功能，學生能夠在學習過的理論知識的基礎上進行研究、實驗，可以在練習的過程中加強對知識的認知，從而避免學生在實驗過程中出現(xiàn)操作不規(guī)范、安裝不正確的問題，并提高學生的各項能力，確保學生能夠具備解決問題的實力，從而提高教學活動的有效性。

（五）安全性

化學實驗具有一定的危險性。而虛擬實驗的有效應用，能夠通過軟件仿真模擬技術構建儀器、試劑，可以使學生在電腦的支持下進行實驗操作，從而避免在參與實驗的過程中使學生、儀器受到傷害。在這種情況下，實驗過程的安全性能夠得到充分提升。

四、虛擬實驗在高中化學實驗教學中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)實驗教學中存在一定不足，而虛擬實驗的有效應用，可以對傳統(tǒng)的實驗教學的內容及組織形式進行有效創(chuàng)新，從而使高中化學實驗教學的效率及質量得到提升，使學生產生一定的學習興趣，并幫助學生形成一定的能力。

（一）掌握實驗原理、方法及操作過程

在開展實驗活動之前，教師需要考慮到學生的學習情況，并通過適當指導使學生能夠對視頻進行有效觀看，在觀看的過程中，強化方法、原理及操作的認知。在學生對相關內容有了一定的了解后，教師可以鼓勵學生進行虛擬實驗探究。基于該過程，學生可以強化對知識的認知，可以發(fā)現(xiàn)化學學習的魅力，從而對相關知識的學習產生較大的興趣。

（二）激發(fā)學生主動學習的意識

以往的教學活動是有一定的局限性的，這是因為實驗儀器和實驗時間相對有限，所以學生能夠參與實驗的次數(shù)、能夠操作儀器的次數(shù)是有限的。因此，為了避免浪費資源，學生只能在教師的安排下進行實驗，并沒有自主探究的機會。所以，很多學生只是對知識進行了淺層學習，未了解知識的本質內涵，也沒有形成學習能力，達到相應的學習

目標。

（三）幫助學生完成無法完成的實驗

虛擬實驗具有突破時間與空間的限制，將虛擬實驗運用起來，可以使學生在Flash動畫的指引下直觀有效地觀察相關內容、引發(fā)學生的聯(lián)想，從而使學生能夠強化對相關知識的印象、積累一定的經驗，基于原有認知結構同化學習到的新知識，從而引發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的探究精神，進而提高實驗教學的效率及質量。

五、虛擬實驗在高中化學實驗教學中的應用策略

（一）運用虛擬實驗增強教學活動的趣味性

化學學科十分嚴謹，不管是理論體系，還是知識結構都對學生提出了較高要求。而想要使學生科學有效地學習知識，就勢必要幫助學生形成一定的學習能力，如動手操作能力、知識總結能力等，以確保學生能夠靈活運用所學知識有效地解決問題。而通過虛擬實驗的有效應用，能夠確保教學活動的趣味性得到增強，可以進一步激發(fā)學生的學習積極性，使學生更好地對知識進行內化，并在原有的基礎上得到提升與發(fā)展。

例如：在教學“膠體的性質”時，教師就需要明確，本課的教學目標為：1.了解膠體有著怎樣的性質和作用。2.借助膠體性質實驗的有效開展使學生能夠具備較強的觀察能力、實驗探究能力。帶領學生對化學實驗現(xiàn)象進行有效分析、研究，從而使學生形成一定的思維能力。3.幫助學生形成熱愛科學及靈活運用科學知識解決問題的意識及能力，使學生能夠主動積極地關心環(huán)境。4.使學生能夠產生一定的學習興趣、獲得一定的學習動力。5.幫助學生在學習過程中，掌握觀察方法、實驗方法、邏輯推理方法。基于此，教師需要將虛擬實驗利用起來，通過其優(yōu)勢使教學活動更加有趣，從而達到理想的教學目標。此外，虛擬實驗的有效應用，能夠有效突破時間、空間、器材等的限制，可以將化學實驗原原本本地呈現(xiàn)在學生面前，使學生親身經歷相關過程，獲得一定的體驗。

由此可見，虛擬實驗的有效應用可以增強教學活動的趣味性，確保學生能夠產生學習興趣，并對知識進行有效內化，逐漸形成一定的學習能力。

（二）運用虛擬實驗，提高團結協(xié)作能力

在教學活動中，教師應當考慮到學生接下來的學習與發(fā)展。也就是說，不僅要基于教材中的內容進行詳細講解、有效教授，更需要確保學生能夠形成一定的學習能力，使學生掌握一定的學習方法。由于虛擬實驗的應用在提升學生的團結協(xié)作能力方面有著一定的積極意義，而且可以使學生之間更加默契，因此，教師不妨將其利用起來。

例如：在教學“膠體的性質”時，教師就需要確實明確，每個學生都是不一樣的，所以他們之間有著很明顯的差異。有的學生特別喜歡化學，有的學生不太喜歡化學，有的學生學習能力較弱等。統(tǒng)一化的教學方法固然可以完成教學，但是教學效果并不是很理想。基于此，教師可以將分組合作學習法利用起來，使學生以小組的形式進行探究。由于學生的想法不一樣，所以在小組合作學習的過程中會進行有效思考，可以進行思維的有效碰撞，從而取得理想的教學效果。在進行小組劃分之前，教師需要對學生的實際情況進行了解，并遵循同組異質、異組同質的原則進行小組劃分，并通過適當?shù)闹笇В瑥亩箤嶒灲虒W能夠順利開展。

由此可見，團隊的力量是偉大的，在小組合作學習中，學生能夠將自己的效用最大限度地發(fā)揮出來，實驗操作會更加科學合理，學生也可以更好地在實驗教學中獲得體驗、感悟。通過這樣的教學活動，學生能夠對理論知識進行進一步的了解，可以快速有效地內化知識；可以形成一定的團隊意識，主動積極地與他人合作解決自己無法解決的問題；可以具備團結協(xié)作的能力。而這能夠使教學效果得到有效提升。

（三）運用虛擬實驗進行情境創(chuàng)設

現(xiàn)代教育學家認為，思維培養(yǎng)一定要經過發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，而且其關鍵是學生對問題的看待方式。由于教學情境的創(chuàng)設能夠達到這一目的，所以教師可以將虛擬實驗利用起來，通過科學合理的情境創(chuàng)設，確保學生能夠走進化學實驗研究的世界，并且在該過程中進行有效思考、深入探討。

例如：在教學“膠體的性質”時，教師就可以逐一提出如下問題：1.同學們，在生活中我們經常會遇到豆腐如何制作，黃河三角洲怎么形成，不同牌子的墨水不能混用等問題，這些都是為什么呢？學習了今天的內容，這些問題將迎刃而解。2.同學們注意觀察你面前的Fe（OH）3膠體、CuSO4溶液、泥沙濁液外觀特征。3.有些液態(tài)膠體也是透明的，我們憑借肉眼是很難有效劃分的？那么怎么能將它們區(qū)分開來呢？4.用激光筆光束分別照射CuSO4溶液、Fe（OH）3膠體，觀察有何現(xiàn)象？5.膠體為什么會有丁達爾效應？在這些問題的指導下，學生能夠走進一定的情境，之后教師可以將虛擬實驗引入，使學生主動進行探究。在探究之前教師可以給予學生一定的指導，使學生能夠基于自己所學的知識自主設計實驗，從而在強化對知識的認知的同時，能夠為實驗活動的順利開展提供保障。在學生獲得實驗結果后教師可以講解化學反應方程式，從而強化學生對知識的認知。如果學生在學習過程中出現(xiàn)了一些問題，而課堂教學的時間有限，無法進行針對性的講解，教師就可以鼓勵學生在課后將虛擬實驗利用起來，通過進一步的研究強化對知識的認知，訓練自己的思維，形成較強的動手操作能力，進一步開闊自己的視野，從而提高教學活動的效率及質量。在這樣的教學活動中，學生可以發(fā)現(xiàn)虛擬實驗的價值，可以在情境創(chuàng)設中進行進一步探究，從而快速有效地內化知識，樹立正確的意識及觀念，教學活動的效率及質量也能夠在一定程度上得到提升。

也就是說，教學情境具有一定的生動性，可以為虛擬實驗效用最大限度地發(fā)揮提供保障，可以使學生擁有一定的學習機會，可以發(fā)散學生的思維，使學生能夠在走進化學世界的同時學習知識，拓寬自身視野，感知化學知識的魅力，進而對其產生一定的熱情。

結束語

綜上所述，可以看出，虛擬實驗可以彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足，可以使化學實驗教學順利開展，可以使學生在實驗的過程中強化對知識的認知、形成一定的學習能力，并幫助學生成長為國家所需要的社會主義接班人。所以教師需要將其充分利用起來。那么虛擬實驗應該在高中化學實驗教學中如何進行應用呢？本文就此進行了深入研究，提出了幾個簡單有效的方法。比如：運用虛擬實驗增強教學活動的趣味性；運用虛擬實驗，提高團結協(xié)作能力；運用虛擬實驗進行情境創(chuàng)設。教師可以結合實際情況進行應用。如此一來，虛擬實驗的效用就可以在高中化學教學中充分發(fā)揮出來，就可以使學生對化學學習產生一定的熱情，在強化對知識的認知的同時，形成相應的學習能力，進而為學生接下來的化學學習提供保障。

參考文獻

[1]盧光林.信息技術優(yōu)化高中化學實驗教學淺探[J].計算機產品與流通，2019（5）：184-185.

[2]郭磊.談基于信息技術支持的高中化學實驗教學方法[J].新課程（下），2018，456（8）：121-122.

[3]蔣艷萍.高中化學實驗教學中計算機信息技術的應用分析[J].文化創(chuàng)新比較研究，2018，2（9）：136-138.

[4]范宗山.基于信息技術支持的高中化學實驗教學方法[J].中國教育技術裝備，2017，425（23）：136-138.

本文系福建省寧德市基礎教育科學研究2022年度課題“信息技術支持下的高中化學實驗創(chuàng)新教學研究”的研究成果，課題立項批準號：FJNDKY22-63。