化學化工虛擬仿真實驗的研究

摘要：化學化工是以實驗為基礎的學科之一。隨著信息技術的快速發展，虛擬仿真實驗在化工化學教學中的運用滿足了化學學科的實際需求，實現了實驗教學與現代技術的深度融合，有助于培養專業化、應用型的人才。虛擬仿真實驗能夠營造良好的實驗氛圍，進而提高化學化工學科的教學質量和教學水平。虛擬仿真實驗在化學化工教學中的運用，解決了傳統操作中的各類問題，克服了傳統實驗環境的難題，為相關實驗提供優化的實驗教學資源。由虛擬仿真實驗特點切入，簡述其應用價值，從便捷實驗操作等方面討論具體應用策略。

關鍵詞：化學；化工；虛擬仿真實驗；環境化學是以實驗為基礎的自然學科，需要學生能夠通過實驗對理論知識進行驗證和研究。隨著教育規模的不斷擴大，化學實驗設備以及實驗環境需要投入大量的人力，物力，財力，傳統的化學實驗教學已經不能夠滿足學生的學習需求，影響了學生的化學化工學習效果［1］。信息時代下，將虛擬仿真實驗運用到化學教學中，節約了實驗的成本和相應的人力，克服了傳統化學實驗教學中的局限和不足，有效地提高了化學實驗教學的水平，促進了學生化學核心素養和綜合素質的發展［2］。

1虛擬仿真實驗及特點

虛擬仿真實驗是信息時代下的產物，能夠實現遠程協作和實驗研究，利用信息技術，采用虛擬化的實驗，為學生提供實驗的機會和平臺，使學生能夠通過虛擬仿真實驗切實地感受到實驗的過程，這是現階段化學化工教學中所運用的教學方法之一。虛擬仿真實驗主要通過分布式信息通信技術來運行，采用虛擬現實技術，將化學實驗實現電子化和虛擬化，為學生提供逼真的實驗聲音和現象，具有仿真性強、可重復操作、安全性高等特點，學生能夠通過虛擬仿真實驗來進行動手實踐，加深對化學知識的學習和理解［3］。

虛擬仿真實驗具有沉浸感、交互性、開放性和可擴展性等四個特點。沉浸感是指虛擬仿真實驗能夠完全地將化學實驗過程以及實驗中的變化為學生呈現，對于化學化工生產中的溫度，壓力等都能夠做到實時的仿真，使學生在運用虛擬仿真實驗進行化學實踐時，可以直觀地感受到狀態和成分等數據的變化，讓學生在與真實實驗情景相似的虛擬環境中，體驗化學實驗的過程；虛擬仿真實驗具有較強的交互性，含有一定的交互功能，學生可以通過虛擬仿真實驗來模擬真實的化學化工生產情境，使學生能夠通過直觀的感受來對化學知識進行學習，進而培養學生的化學綜合素質和核心素養；開放性是指虛擬仿真實驗是依靠信息技術和網絡技術來發展的，不局限于具體的場景使用，學生可以在任何時間和地點通過登錄虛擬仿真平臺來進行仿真實驗，為學生提供更多的學習空間和時間，提高學生的化學化工學習質量和學習效率；虛擬仿真實驗具有可拓展性的特點，在平臺上學生可以對虛擬裝置進行靈活的組合和更新，按照自己習慣的方式對軟件進行升級，具有較強的可拓展性。

2化學化工虛擬仿真實驗的應用價值

虛擬仿真實驗在化學化工教學中的應用，能夠調動起學生的實驗興趣和實驗積極性，具有可重復操作、安全性高等特點，為教師和學生提供自由探究的虛擬空間，有效地提高化學化工教學的質量和水平。虛擬仿真實驗在化工化學教學中的運用，體現為人機交互和虛擬現實等技術，通過為學生提供逼真的實驗反應和聲音來呈現出真實的化學實驗情境，學生和教師都可以通過虛擬仿真實驗來進行化學實驗探究，調動學生對化學實驗的積極性和興趣，在學習理論知識的基礎上自主地通過虛擬實驗對化學知識進行驗證，促進學生化學核心素養和綜合素質的提高。虛擬仿真實驗在化學化工教學中的運用，能夠實現傳統實驗室中無法提供的化學實驗項目。化學學科作為以實驗為基礎的自然學科，會涉及大量的化學實驗，有些化學實驗由于成本較高或者化學反應會產生環境污染等，使學生在學習時無法通過實驗室來進行化學實驗，因此，在教師化學化工教學中運用虛擬仿真實驗，借助虛擬的實驗室來進行實驗，滿足學生的學習需求，在提高實驗安全性的同時，能開展化學學習中的所有實驗，促進了學生學習到更多的知識。

3化學化工虛擬仿真實驗的運用方法

3.1通過虛擬仿真，便捷實驗操作

化學化工會涉及一些較為復雜的實驗，學生如果僅在學習理論知識的基礎上進行實驗，由于缺少實踐經驗或者對于實驗中運用到的工具缺少了解，無法開展實驗，使理論知識與實踐過程出現脫節，對化學化工專業學習造成不利影響。因此，在化學化工教學中運用虛擬仿真實驗教學，利用虛擬仿真實驗為學生提供實驗的機會和平臺，學生能夠在虛擬實驗中進行多次實驗，提高對知識的理解，積累實驗的經驗，從而促進學生化學核心素養和綜合素質的提高。

教師在化學化工教學中運用虛擬仿真實驗來提高實驗的教學效果和教學質量。教師在學生實驗開展前需要對實驗中所涉及的物品以及設備進行講解，使學生能夠具備專業化的知識后再開展實驗，加深學生對化學知識的學習和理解，提高實驗的成功率，幫助學生樹立化學學習的自信心，為學生以后的學習和工作奠定良好基礎。例如：在利用虛擬仿真實驗進行化工企業常涉及的實驗時，由于學生缺少實驗的經驗，加之化工企業中涉及的實驗都較為復雜，學生無法在真實的實驗室中展開實驗，教師可以鼓勵學生在虛擬仿真平臺上開展實驗，在確保學生實驗安全的基礎上，提高實驗教學的質量和效率。

對于化工企業中運用到的設備，像管式加熱爐單元、精餾塔、離心泵裝置、硫化床裝置、液面控制裝置、真空系統操作單元等，虛擬仿真平臺上都有相應的虛擬設備，學生可以通過這些虛擬設備來開展虛擬實驗。虛擬仿真實驗可以為學生呈現出與真實實驗相同的化學反應和化學過程，使學生在反復實驗的過程中積累化學實驗的經驗，通過實踐過程，對化學知識做到深入的探究和理解，進而提高學生的實踐動手能力和化學核心素養，促進學生綜合素質的全面發展。

3.2構建模擬計算，避免實驗污染

化學實驗過程中會使用到大量的化學物質，學生在學習化學知識時可能不會一次性就取得實驗的成功，多次實驗又會產生大量的實驗廢棄物，造成環境污染。將虛擬仿真實驗運用到化學化工實驗教學中，能夠有效地解決實驗廢棄物等問題。因為虛擬仿真實驗是通過虛擬技術將實驗的真實場景呈現給學生，學生在虛擬場景中可以進行重復操作、多次實驗，并且實驗過程中不會產生實驗廢棄物，可重復操作的特點也為學生提供了多次實驗的機會和平臺，這是提高學生動手操作能力和知識探究能力發展的有效方式。

教師在利用虛擬仿真實驗開展化學化工實踐教學時，可以運用虛擬仿真實驗中的模擬計算中心，對化學實驗中的化學反應以及化學物品的配比進行精確的計算，提高學生的化學實驗成功率，使學生通過虛擬仿真實驗的計算中心來得出科學合理的化學實驗配比，從而幫助學生樹立化學學習的信心，促進學生化學核心素養的發展。學生在虛擬仿真實驗中進行多次的實驗，按照所學過的化學理論知識對復雜的實驗利用模擬計算中心來進行計算，得出科學準確的化學實驗操作方案，為后續開展實驗奠定良好的基礎。教師運用虛擬仿真實驗開展化學化工實踐教學，給予學生多次實驗和試錯的平臺，使學生運用虛擬仿真實驗和模擬計算中心來多次調整自己的實驗方案，促進學生分析能力和判斷能力的發展，進而提高化學化工教學課堂的質量和教學水平［4］。

3.3優化實訓形式，加強實驗交流

化學作為一項以實驗為主體的基礎學科，在實驗過程中會涉及大量的合作交流性的實驗，需要多人來進行實驗。因此，教師在化學化工教學中運用虛擬仿真實驗來提高教學質量時，需要優化虛擬仿真實驗的教學模式，采用小組合作的方式來提高學生的交流溝通能力，從而促進學生養成良好的合作習慣，提高學生的綜合能力，包括團隊協作能力等。教師在運用虛擬仿真實驗開展化學化工教學時，需要注重學生交流溝通能力和團隊協作能力的培養。在設計實驗時，選擇多人協作的實驗來鼓勵學生運用虛擬仿真實驗進行合作探究，促進學生實踐操作能力和創新能力的全面發展。例如：在開展“丙烯酸甲酯工藝”實驗時，由于實驗過程較為復雜，需要多個學生來共同完成實驗，教師便可以運用這個實驗來提高學生的合作交流能力。教師在開展實驗教學前，可以先為學生進行講解丙烯酸甲酯工藝的工藝流程，使學生對于實驗的過程有一個基本的了解，為后續開展虛擬仿真實驗奠定良好的知識基礎。教師在講解理論知識后，將全班同學分成多個小組，小組間通過交流合作來共同完成實驗，對實驗所得的數據要做真實有效的記錄，小組內的學生通過交流合作發散自己的思維，提出實驗意見，通過小組合作來完成實驗操作，進而促進學生交流溝通能力和實踐動手能力的提高。化學化工中運用虛擬仿真實驗為學生交流溝通提供了一個良好的平臺，小組內的成員可以發表自己的意見，并運用虛擬仿真實驗進行多次試錯，最終得出最佳的化學實驗結果，促進學生化學思維能力和實踐交流能力的穩步發展。

4結語

隨著互聯網時代的到來，信息技術為化學化工提供了新的實驗模式。將虛擬仿真實驗運用到化學化工教學中來，加深了學生對化學知識的理解，提高了學生動手實踐能力，做到了化學實驗教學與信息技術的深度融合，促進了化學實驗質量和水平的提高。虛擬仿真實驗在化學化工教學中的運用，給予學生多次重復化學實驗的機會，多次開展實驗，進一步加深了對化學知識的探究和理解，實現了化學實驗教學的根本目的，促進化學化工行業的發展。

參考文獻：

［1］王金龍，王翠枝.化學化工虛擬仿真實驗教學改革與探索［J］.廣東化工，2023，50（5）：205206，228.

［2］王彬，秦川麗，劉一夫，等.化學化工虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐［J］.大學化學，2022，37（2）：134141.

［3］劉小娟，吳鋒景，顏東.虛擬仿真混合式實驗教學在應用型本科院校化工專業的探索［J］.科技資訊，2022，20（21）：171174.

［4］陳婷，羅迎春，吳怡逸，等.新工科背景下化學化工虛擬仿真實驗教學探索［J］.山東化工，2020，49（14）：225226.