虛擬實驗平臺在初中化學教學中的應用研究

摘要：化學是一門以實驗為基礎的學科，初中化學實驗教學對于學生今后的學習具有重要意義。新課改要求教師在傳授學生知識和技能的同時，還必須重視培養學生的科學探究能力。而傳統真實實驗受各方面的限制，已無法滿足現階段化學實驗教學的需求。在此背景下，教師可以借助虛擬實驗來開展科學探究活動。基于此，本文就虛擬實驗平臺在初中化學教學實踐展開深入探討。

關鍵詞：初中化學；虛擬實驗；教學

隨著教育信息化2.0的發展，初中化學實驗教學技術也在不斷地改革和創新，并取得了突破性的進展。如今，虛擬實驗平臺被廣泛應用于初中化學實驗教學中，能夠很好地適應當前的教育需求，有助于提升學生化學素養和科學探究能力。因此，在開展課堂教學活動時，教師需要充分發揮化學虛擬實驗平臺的優勢，采取科學的方式引導學生經歷實驗設計等過程，讓學生獲得直觀地感受，以更積極的態度融入課堂學習中，進而提高初中化學實驗教學水平。

一、虛擬實驗在初中化學實驗教學中的應用意義

虛擬實驗是初中化學實驗教學的重要組成，其主要是利用多媒體、虛擬現實等科技手段，在線上構建能夠代替部分或全部實驗的操作環境。在教師的指導和幫助下，學生仿佛置身于真實環境中，能夠結合所學的知識和技能，在線開展相關的實驗項目。

（一）有助于提升實驗的生動性

近年來，隨著新課改的持續深入，教師除了需要注重基礎理論知識的傳授，還應當重視提高學生的探索和實踐能力。在課堂上，教師可以帶領學生參與實驗過程并觀察真實的實驗現象，使其獲得更深刻地感受，接著引導學生在此基礎上展開更加深入地思考，總結相應的化學規律。這種方式不僅可以幫助學生更好地理解相關理論知識，還可以有效地增強學生對知識的應用能力。

此外，在具體實踐過程中，教師往往會運用到許多工具，但大多數知識的研究是在特定條件下進行的，導致實驗無法在常規環境中實施，影響學生的進一步學習。而虛擬實驗平臺能夠提供多種工具且功能強大，例如線上模擬軟件、虛擬實驗室等，能夠讓實驗教學過程變得更生動，使學生產生更加真實的體驗。

（二）有助于提升實驗真實性

教師需要建立以認知主義的學習理論為前提的虛擬實驗教學，加強對各種虛擬教具的合理應用，以此增強學生的自學意識和探索能力。在課堂上，對虛擬實驗的合理運用能夠真正實現主客體之間的信息互動，教師可以將教材上的基礎理論與實踐活動有效整合，引導學生在線上開展相關的實驗操作并觀看動畫演示，使其更好地理解所學知識，進而培養學生的化學思維。

例如，在講解和分子有關的知識時，教師可以根據實際需要，制定分子特征的探究實驗方案，并積極落實，以此幫助學生理解現實化學反應現象。在課堂教學過程中，教師可以按照分子結構設計模擬動畫，以此增強課堂趣味性，并借助氫氣在空氣中燃燒的實驗，讓學生能夠更加生動、直觀地看到氫原子和氧原子重新組合成為水分子的過程，從而有效降低學生的學習難度，使學生更加順利地理解化學變化的本質。此外，在教學過程中，教師還可以利用視頻呈現虛擬實驗，以此增強教學效果，避免實驗過程中可能會出現的危險。

（三）有助于提升實驗探索性

1.可以利用虛擬實驗平臺做好實驗準備，以教材中的相關知識為基礎，借助AR技術設計教學流程，提高整體效率，更好地指引學生深入學習并取得理想成效。

2.虛擬實驗具有交互性特點，有利于教師和學生更好地探討和溝通。在具體實踐過程中，為了實時反饋學生的實際學情，教師可以建立信息輸入與輸出的對應場景。在開展課堂活動時，教師可以利用虛擬實驗模擬些真實場景，以此提高學生對實驗探究的熱情，促使學生更加主動地投入進去。此外，教師可以將化學問題與實際生活相聯系，幫助學生更加深入地理解所學的內容。

3.在開展虛擬實驗活動時，為了呈現相關的實驗數據與實驗現象，教師可以充分發揮仿真技術、交互技術等功能，整合有關信息，營造更加有利的課堂氛圍，并形成立體化學習模式。

二、虛擬實驗平臺在初中化學實驗教學的應用策略

（一）以課件的形式融入課堂教學

虛擬實驗平臺在實際使用過程中主要是借助不同的技術手段構建教學環境，再結合實際情況來科學地使用相關的課程資源，以此獲得較為良好的效果。虛擬實驗平臺的多媒體功能強大，能夠根據教材中的相關知識整合多種教學資源制作課件，從而立體地向學生展示各種實驗儀器和裝置。

同時，虛擬實驗平臺具有適時性特點，能夠結合實際情況有效地解決課堂某一環節存在的困難，例如需要利用模型展示或輔助實驗驗證。在具體實踐過程中，將課件形式融入課堂教學的時候，教師必須立足于實際，重點關注以下幾個方面：

1.必要性。在制作課件的環節中，教師應當利用平臺創建相應的化學情境，以學生不易觀察到的知識點為基礎，以直觀形象的方式呈現出來。例如，對于傳統的PPT無法呈現三維分子模型、化學方程式等，教師就可以使用虛擬實驗平臺呈現出來。

2.使用時機。在課堂上，教師不能太早地借助直觀演示代替學生自主思考，而要為學生提供充足的思考時間，正確認識到課件與其他教學環節之間的聯系。

3.運用策略。在實踐過程中，教師應當積極地進行探究式教學，利用與所學知識密切相關的問題啟發學生，讓學生能夠進行更深層次地思考，進而提高學生的解決問題能力和探究學習能力。

（二）以多媒體黑板的形式融入課堂教學

在新形勢下，教師在開展教學活動時必須注意學生在課堂中存在的問題，幫助其更好地參與到教學和化學學習的過程，促進學生主動思考。學生的思維往往比較活躍，能夠在具體實踐中注意到一些教學設計以外的問題。根據相關資料表明，在許多時候，教師無法用常規手段來解釋學生的疑問。在這種情況下，教師可以使用虛擬實驗平臺，掌握平臺的操作技巧，在課堂上開展相應的化學演示和驗證實驗，從而更好地解答學生的困惑。

（三）運用虛擬實驗，突破實驗條件限制

在開展教學活動時，課堂上的實驗條件由于受到多方面的限制，教師通常采用口頭講述的形式進行講解，所產生的效果較為有限。而虛擬實驗的應用能夠生動地呈現現實中無法完成的實驗，突破實驗條件限制，讓學生充分掌握相關化學知識，并獲得較為理想的效果。

例如，在進行“二氧化碳”相關知識的教學時，教師通常先講述CO2所引發的溫室效應。但是大部分的學生對溫室效應缺乏一定地了解，在學習過程中只能機械化理解與記憶知識，無法真正地明白CO2導致溫室效應的具體原因。在這種情況下，為了讓學生真實地體會到溫度變化，獲得更直觀地體驗，教師可以利用虛擬實驗平臺，帶領學生模擬添加云霧的效果，利用虛擬手段展示溫室效應，讓學生觀察過程和現象，了解這種現象是空氣當中的CO2過多導致的。

（四）突破空間地域限制，規避實驗安全風險

在初中階段中，有不少實驗涉及工業生產模擬。但是，在實際的課堂教學中，受到實驗空間的限制，學生無法親身地前往相關工業生產基地參觀。在此情況下，教學通常只能停留在理論知識講解的層面，無法提供相應的機會帶領學生進行實驗操作探究。除此之外，初中階段還存在不少危險系數較高的實驗，一旦出現操作不當等問題，很可能會影響到師生的人身安全或儀器設備安全。對于部分高危險類的化學實驗，為了避免出現意外，教師通常也不會安排學生去體驗，而是選擇在教室內進行模擬。例如，“金屬的冶煉”高爐煉鐵這節內容涉及CO還原Fe2O3模擬工業上煉鐵。但是，在具體講解中，由于不能帶領學生到煉鋼廠體驗，導致對相關知識的認識不深刻，在進行工業煉鐵的基本原理實驗時，也僅僅只是停留在理論分析上。針對這種情況，教師可以利用虛擬實驗平臺，模擬工業煉鐵的真實場景，驗證操作時造成的硬質玻璃管炸裂的過程，并帶領學生進行動手實踐，具體如圖1所示。

由此可見，虛擬實驗的應用能夠模擬部分高危險性實驗，真正地突破時間和空間的限制，避免了實驗安全事故的發生，并從各個角度呈現工業生產情景和原理。

（五）突破時間進度限制，提升課堂教學效率

化學學科的課堂時間有限，需要耗費一定的時間和精力來操作演示實驗，而且在大多數情況下，也很難獲得相關的結果，所以在進行實驗時，教師通常以傳授知識為主，無法有效地鍛煉學生的思維能力，難以獲得良好的效果。例如，在進行“金屬的腐蝕”的教學時，為了展現金屬鐵發生銹蝕所需的條件，教師往往需要在課堂上開展相關的實驗來探究每個條件，但由于耗時較長，一般不會直接在教室內進行展示。而利用虛擬實驗平臺，教師可以創造出有利的環境，安排學生設計實驗方案，向學生介紹相關的注意事項和操作方法，引導學生參與到金屬鐵發生腐蝕的實驗過程，并查看各階段金屬鐵發生銹蝕的實驗結果，具體如圖2所示。

這種方式能夠讓學生詳細觀看到金屬鐵生銹的全過程，打破了傳統課堂教學的局限，有效減少了實驗時間，并提升了課堂效率。

（六）作為學生問題解決的支持工具

虛擬實驗平臺可以分成不同類型的支持工具，主要有以下幾種：

1.探索型。在實踐過程中，教師可以使用虛擬實驗平臺模擬相似實驗中的化學規律，并圍繞已經學習到的相關基礎化學規律，帶領學生進行科學探究，調動學生的學習積極性。

2.感知型。在具體實踐中，如果存在著無法用掛圖、模型和黑板展示的分子立體模型等問題，教師可以借助虛擬實驗平臺的相關功能進行輔助教學，讓學生獲得直觀地認識，并解決微觀現象無法展現等遺憾。

3.訓練型。虛擬實驗平臺作為掌握相關技能的平臺，在任何時間和任何地點，教師都能夠帶領學生展開一系列相關的實驗操作練習，從而不斷提高學生的基礎操作技能。

4.驗證型。在具體實踐中，教師可以借助虛擬實驗平臺驗證化學現象間的關系，并圍繞已經學習到的相關基礎化學原理和規律，以此培養學生的實驗設計能力，進一步強化學生對化學原理和規律的理解，訓練學生的發散思維。

5.活動型。在實踐過程中，教師可以借助虛擬實驗平臺提高學生解決化學實際問題的能力，通過設計和布置相關的任務，讓學生借助虛擬實驗平臺進行實驗，展開深層次的思考和研究，并在此基礎上設計科學的實驗作品，以此培養學生的科學創新精神。

總之，在實踐過程中，教師不僅需要讓學生能夠綜合運用化學知識，還需要幫助學生掌握相關使用技巧。因此，教師需要制定出科學合理的方案，讓學生充分了解和掌握虛擬實驗平臺，不斷提高學生的積極性，在操作過程中增強學生的自信心，提高學生的思維能力和創新精神。

三、結束語

綜上所述，虛擬實驗平臺不僅是提高教學質量的主要方式，也是新時代教育發展的主要方向。在此背景下，教師必須充分發揮虛擬實驗平臺的優勢，在課堂上更好地輔助學生探究化學知識，并根據學生在不同階段的具體狀況，為學生創設有效且真實的實踐環境，以彌補現實中化學實驗存在的缺陷，讓學生能夠高效地進行各種科學探究活動，進而全方位提升學生的學習能力和綜合能力。

作者單位：高延德 靜寧縣梁馬初級中學

參考文獻

[1]孫曉東.虛擬實驗在初中化學教學中的應用[J].文理導航（中旬），2023，（12）：88-90.

[2]王文，何盼，占小紅.基于虛擬實驗室的中學化學實驗教學創新研究[J].化學教與學，2023，（03）：82-88.

[3]蔡胤龍.探討趣味化學實驗在初中化學教學中的應用[J].中學課程輔導，2023，（05）：30-32.

[4]丁玲杰，王永臻.初中化學虛擬實驗的設計及應用研究[J].中小學電教，2022，（06）：87-89.

[5]王華.初中化學教學中虛擬仿真實驗的實施策略[J].學周刊，2022，（16）：33-35.