手機平臺虛擬仿真技術(shù)輔助高中化學實驗教學實踐研究

摘要：虛擬仿真技術(shù)作為高中化學實驗教學的一種重要輔助工具，以其高度還原的仿真系統(tǒng)以及交互性、沉浸性和構(gòu)想性等特點，在實驗教學中得到了廣泛應用。虛擬仿真技術(shù)在實驗教學中的應用，既可以有效避免實驗過程中的安全風險，還有助于降低實驗教學的總體成本。鑒于這些優(yōu)勢，本文探討了基于手機平臺的虛擬仿真技術(shù)如何輔助高中化學實驗教學。

關鍵詞：高中；虛擬仿真技術(shù)；化學實驗

一、引言

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗教學在提高課堂教學質(zhì)量、幫助學生更好地記憶和理解所學內(nèi)容方面具有重要意義。但在實際教學過程中，由于受到實驗操作空間、設備條件等方面的限制，課堂上的實驗教學往往采取口頭講解或觀看實驗視頻的方式進行，這使得學生在知識內(nèi)化過程缺乏感性認識，也無法深刻體驗到做實驗帶來的樂趣。為了解決這一問題，可以借助手機平臺虛擬仿真技術(shù)。虛擬實驗室的應用不僅可以規(guī)避實驗中的安全隱患，還能有效解決設備不足的問題，讓學生能夠參與到實驗操作過程中，從而對培養(yǎng)化學學科核心素養(yǎng)產(chǎn)生積極影響。

二、手機平臺虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢

（一）安全性較高

在高中階段，學生的知識儲備相對較少，特別是在化學方面，對于實驗操作還缺乏經(jīng)驗，實驗安全隱患較大。因此，在進行化學實驗教學時，教師應考慮到這些因素，切實保障學生的安全。針對實驗中可能存在的風險，可以采用虛擬仿真技術(shù)進行模擬實驗，避免直接在實驗室中操作具有較強反應性的試劑。通過虛擬實驗，學生可以更安全地進行實驗操作，并在模擬的環(huán)境下理解和掌握化學實驗的重點內(nèi)容，從而避免潛在的安全隱患。

（二）無污染

許多化學原材料帶有一定的危害，但高中化學實驗通常需要使用這些化合物和溶劑。據(jù)相關資料顯示，一些實驗做法與當前的生態(tài)環(huán)境保護理念不符，且未達到綠色化學實驗的要求，實驗操作中產(chǎn)生的氣體可能對環(huán)境造成不良影響。因此，在實踐中，可以合理引入虛擬仿真技術(shù)，對某些有害實驗進行模擬，以減少對環(huán)境的影響[1]。這種替代方法有效避免了化合物和溶劑的使用，不僅無污染無危害，而且能夠保護生態(tài)環(huán)境。

（三）教學成本投入少

在傳統(tǒng)化學實驗教學中，學校和教師需要準備實驗場地、試劑和器材，這需要充足的資金支持。但有些學校受資金限制，難以滿足實驗教學的需求，影響實驗教學的進行。通過調(diào)查可以得知，虛擬仿真技術(shù)在實驗教學中的有效運用能夠解決這一問題[2]。教師可以利用手機中的虛擬實驗軟件引導學生進行實驗，以此來獲取實驗體驗，避免了實驗成本和資源的限制。這種方式不僅能夠提高學生的實驗參與度，還為學校節(jié)省了資金。

（四）創(chuàng)建更加靈活的教學模式

在過去，學生通常只能在特定時間里通過課本學習知識，并且化學實驗的教學活動主要限定在實驗室和教室內(nèi)進行。但借助虛擬仿真技術(shù)，實驗教學的范圍可以擺脫時間和空間的束縛。學生可以在任意時間、任意地點進行實驗學習，例如在圖書館、公園、地鐵等各種場所展開實驗探究活動。此外，師生還可以通過手機APP在虛擬實驗教學平臺上進行交流，這樣能夠有效提高教學模式的靈活性。學生可以利用碎片時間進行學習，隨時隨地都有機會獲得教師的幫助解決學習和探究過程中面臨的難題。

（五）充分發(fā)揮學生的主觀能動性

近些年，隨著新課程改革的持續(xù)推進，教師在教學中越來越注重激發(fā)學生的主觀能動性。其中，虛擬仿真技術(shù)的應用發(fā)揮著重要作用，通過多感官刺激，為學生創(chuàng)造生動形象的學習情景，促使他們更全面地投入學習。借助先進的互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)，及時對學生實驗操作進行反饋，不斷增強他們的學習自信心，激發(fā)探究欲望，從而提高學習效果。

（六）優(yōu)化知識點的形象性和直觀性

在實踐過程中，教師需要根據(jù)教學需求和課本中的重難點知識，對相關實驗原理進行詳細講解和分析，以幫助學生更深入地理解。但在過去，大部分教師只能依靠口頭語言和視頻來講解實驗原理，這難以讓學生對一些晦澀的知識點有清晰的理解，同時也容易讓他們失去對該學科學習的興趣。通過虛擬仿真技術(shù)的應用，實驗原理可以變得更加生動具體，吸引學生的注意力并提升他們的學習效果。這種技術(shù)可以讓學生在虛擬環(huán)境中親身體驗和探究實驗，從而更直觀地理解實驗原理，并更好地突破重難點知識。

（七）培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維

虛擬仿真技術(shù)的有效應用不僅可以拓寬學生的知識視野，還可以培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，為啟發(fā)式和互動式教學提供有力保障[3]。在實踐過程中，學生對化學實驗的學習正逐漸向著“真實體驗”的方向發(fā)展，而不再僅僅局限于公式和文字描述。虛擬仿真技術(shù)具有強大的交互性，能夠讓學生根據(jù)個人見解設計和驗證化學實驗，自由進行研究和創(chuàng)新，深入分析科學現(xiàn)象背后的真相。通過這種方式，學生可以充分發(fā)揮自己的思維，更好地理解課本之外的知識，提高觀察能力和思考能力，提升對知識的探究欲望，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維。

三、手機平臺虛擬仿真技術(shù)在高中化學實驗教學的應用策略

（一）理論教學應用虛擬仿真技術(shù)

在具體的教學實踐中，為了有效提升學生的實驗操作能力，教師應根據(jù)實際教學需求充分利用虛擬仿真技術(shù)，并采用更科學的教學方法解決化學實驗中的問題。目前，虛擬仿真技術(shù)的多樣化應用能夠減輕學生的理解難度，幫助他們更好地掌握相關知識和技能[4]。因此，在安排化學實驗時，應針對實際需求發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的最大優(yōu)勢，以期達到更佳的教學效果。理論學習是實驗教學的基礎，實驗活動應與理論課進度相協(xié)調(diào)，并結(jié)合學科要求進行實踐操作。調(diào)研表明，化學學科不僅要求學生理解原理，還要求他們能夠熟練操作。但傳統(tǒng)的以講授為主的教學模式學生的參與度較低，依賴筆記來了解實驗要求和掌握原理，這限制了課堂教學效果的提升，同時也影響了學生的積極性。而借助虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)造接近真實的學習環(huán)境，在理論教學中搭建模擬場景，使學生能夠通過手機應用程序進行互動式實踐操作，可以增強學生對化學知識的理解和掌握。

（二）化學實驗組織應用虛擬仿真技術(shù)

在進行相關教學活動時，教師應充分了解虛擬仿真技術(shù)的特性，并結(jié)合教材內(nèi)容，通過有效設計來發(fā)揮其在教學中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，利用先進科技構(gòu)建的網(wǎng)絡虛擬實驗為教學提供了更廣闊的空間。學生可以通過手機應用程序隨時隨地使用虛擬測試臺進行操作，這有助于他們更好地理解和掌握化學實驗過程。實踐中，開放式的化學實驗組織方式可以有效克服現(xiàn)實條件如儀器限制的問題[5]。在教學過程中，教師可以通過手機軟件中的虛擬仿真實驗室來組織化學實驗，并根據(jù)當前實際情況引導學生進行項目練習。對于那些存在危險或無法實際操作的實驗項目，教師可以選擇在線進行模擬訓練，這不僅提高了學生的理解效率，還加深了他們對操作流程的記憶。以“原電池”單元為例，為了探究雙液“原電池”的工作原理，教師可以指導學生進行虛擬實驗。合理規(guī)劃實驗時間并給予學生一定的試錯機會，可以幫助他們在手機APP上完成虛擬實驗，并通過觀察得出正確的結(jié)論：雙液“原電池”的電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度大于單液“原電池”，表明前者的效率更高。如圖1所示。通過虛擬仿真技術(shù)搭建的場景，學生可以在接近真實的環(huán)境下練習項目，從而更全面地了解和應用所學知識，更熟練地掌握化學實驗的組織實施方法。對于基礎扎實且動手能力強的學生，可以安排他們進行更高級的仿真實驗，鼓勵他們根據(jù)個人情況改進和創(chuàng)新實驗，驗證假設，并在此過程中提升對關鍵知識靈活運用的能力。為確保實驗教學與學習目標一致，可以根據(jù)組織目標定制虛擬仿真實驗，并設計適宜的內(nèi)容以滿足學生的個性化學習需求，最大限度地發(fā)揮課程的潛在價值。

（三）虛擬仿真與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合

在進行教學實踐時，教師應該清楚地認識到虛擬仿真技術(shù)是實驗教學的輔助工具，它的作用是有限的，不能完全取代真實的化學實驗。因此，在組織相關活動時，應將仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合，實現(xiàn)互補，以便各自的優(yōu)勢能夠得到充分發(fā)揮。通過虛擬仿真技術(shù)，學生可以突破現(xiàn)實條件的限制，打造一個開放的實驗探究空間；而傳統(tǒng)實驗則有助于鍛煉學生的動手操作能力。

在使用手機APP進行虛擬仿真實驗時，人們會看到這項技術(shù)具有成本低、安全穩(wěn)定、無污染等一系列優(yōu)點。盡管存在這些優(yōu)勢，它與真實的實驗環(huán)境相比還是有所差異。在手機APP中進行的實驗操作可以幫助學生認識和理解實驗的變化及過程，但他們無法直接操作實際的實驗器材。因此，教師應根據(jù)教材內(nèi)容，在手機APP上設計合適的虛擬仿真實驗活動，并結(jié)合傳統(tǒng)實驗，以便更好地整合資源，幫助學生順利掌握課程中的難點和重點。虛擬仿真實驗的引入不僅能夠?qū)⑾冗M的技術(shù)融入課堂教學，還能幫助教師更好地了解和掌握學生在實驗中的參與情況，從而及時優(yōu)化和改進教學方法。此外，它為學生提供了參與化學實驗的機會，使他們能夠直觀地感受實驗過程，并深入理解知識原理和學科內(nèi)容。例如，在學習酸堿中和反應時，學生可以通過手機APP來模擬不同濃度下的反應過程，借助虛擬仿真技術(shù)觀察酸堿指示劑的顏色變化，并清晰看到不同酸堿濃度對中和反應速率的影響，從而更好地理解反應速率與濃度之間的關系。同時，教師需要認識到虛擬仿真技術(shù)的局限性，并明確其在教學中的適用性。在開展教學活動時，應采取科學有效的方法，使虛擬仿真技術(shù)和傳統(tǒng)化學實驗緊密結(jié)合，既能提升學生的學科素養(yǎng)，也有助于他們在仿真實驗中深入理解原理。至于基礎實驗技能的訓練，學生仍需要利用學校的傳統(tǒng)實驗室進行充分的實踐。

（三）利用虛擬仿真技術(shù)促進學生自主探究

在信息時代，不少教師仍受到傳統(tǒng)教育觀念的影響，過分強調(diào)學生的考試成績，而忽視了培養(yǎng)他們的實踐能力與創(chuàng)新精神。這種偏頗的教育模式限制了學生思維能力的發(fā)展，阻礙了核心素養(yǎng)的培育。為了應對這一挑戰(zhàn)，教育者需要積極推廣探究式學習，引導學生通過小組合作來共同探索學習內(nèi)容。研究資料表明，由于實驗資源有限，如實驗操作平臺和設備的不足，傳統(tǒng)的實驗教學很難讓每個學生都參與到實驗探究中。這導致學生無法深入理解實驗內(nèi)容和原理，并且由于參與度不足，他們的動手能力也得不到有效提升。為解決這一問題，教師可以借助手機APP中的虛擬仿真實驗平臺，讓每個學生都有機會參與實驗活動。學生可以在教師的指導下，根據(jù)實驗要求自主設計實驗，選擇所需的化學儀器，并在模擬的真實場景中進行探究。

通過反復試驗和操作，他們能夠更深刻地理解和驗證實驗原理。因此，合理運用虛擬仿真技術(shù)不僅可以突破時間和空間的限制，還能有效地促進學生的自主學習和探究，進而在實踐中不斷提升他們的創(chuàng)新能力和動手操作技能。

四、結(jié)束語

綜上所述，虛擬仿真技術(shù)在高中化學實驗教學中的應用具有多方面的優(yōu)點：它不僅安全性高、無污染、節(jié)省教學成本，還能夠有效激發(fā)學生的主觀能動性，優(yōu)化知識點的呈現(xiàn)方式，使之更加形象直觀，從而有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。鑒于這些優(yōu)勢，教師在進行化學實驗教學時應加強對虛擬仿真技術(shù)的運用，以滿足新時代教育發(fā)展的新要求，并進一步促進學生的高效學習。通過合理地結(jié)合傳統(tǒng)實驗和虛擬仿真實驗，教師能夠為學生創(chuàng)造一個安全、互動和充滿探索精神的學習環(huán)境，這不僅有助于提升學生的學習興趣，還能夠引導他們在掌握科學知識的同時，發(fā)展成為具備創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。

作者單位：夏柱學 甘肅省靜寧縣第二中學

參考文獻

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