基于信息化的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)助力高中化學(xué)教學(xué) 論文

基于信息化的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)助力高中化學(xué)教學(xué)

摘要：在信息技術(shù)和多媒體技術(shù)迅猛發(fā)展的環(huán)境中，化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)也應(yīng)運(yùn)而生，隨著信息化技術(shù)的普及，怎樣在高中化學(xué)教學(xué)中有效的使用信息化技術(shù)，提高化學(xué)教學(xué)

水平，構(gòu)建高效課堂是教師不得不思考的問題。本文就虛擬實(shí)驗(yàn)對高中化學(xué)學(xué)習(xí)的影響，談些體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：

虛擬實(shí)驗(yàn)

信息化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)教學(xué)引言：

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中占有十分重要的地位。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生形成化學(xué)的概念，理解和掌握化學(xué)的知識(shí)，正確地掌握實(shí)驗(yàn)

的基本方法和基本技能?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思維、獨(dú)立操作等能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)和實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及探討問題的科學(xué)方法都有重要

的意義?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)不可分割的一個(gè)重要組成部分。不做或少做實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果顯然是不會(huì)好的。

由于傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)受到很多制約，化學(xué)教師對于實(shí)驗(yàn)重視程度不夠，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)很少。隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已成為一種重要的學(xué)習(xí)方式，

它能克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間、空間上的限制，讓學(xué)生隨時(shí)隨地地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有利于學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)。虛擬仿真技術(shù)在物理、化學(xué)等自然科學(xué)方面的應(yīng)用比較廣泛。

它使化學(xué)教學(xué)更少的受到教學(xué)條件硬件的束縛，同時(shí)克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，更加直觀。利用仿真軟件，學(xué)生可以自己動(dòng)手操作計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)，猶如在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，切身感

受到成功的喜悅。一、虛擬實(shí)驗(yàn)可以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)帶來的人力物力的不足，將化學(xué)

課堂延伸至課外由于教師短缺，化學(xué)教師代幾個(gè)班的化學(xué)課，同時(shí)兼任實(shí)驗(yàn)管理員，基本上農(nóng)村的

鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)并沒有專職的實(shí)驗(yàn)員和儀器管理員，都是由化學(xué)教師擔(dān)任。而一節(jié)分組化學(xué)實(shí)驗(yàn)課從準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器到使用完畢清洗收拾實(shí)驗(yàn)儀器至少需要三、四節(jié)課的時(shí)間。在這種

情況下，教師即使認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，由于力不從心將分組實(shí)驗(yàn)改為演示實(shí)驗(yàn)，甚至放棄做實(shí)驗(yàn)，以講實(shí)驗(yàn)代替做實(shí)驗(yàn)。

由于教育經(jīng)費(fèi)的限制，辦學(xué)條件受到制約，實(shí)驗(yàn)器材和藥品配備只是看起來較齊全。缺少儀器和藥品的現(xiàn)象較嚴(yán)重，致使學(xué)校無能力開全演示實(shí)驗(yàn)或探究實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)在各個(gè)中學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室都是在傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)下建立的，所以普遍存在實(shí)驗(yàn)室數(shù)量不足的問題?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量是決定化學(xué)教學(xué)成敗的又一基本因素，示范校的條件普

遍較好，大部分的普通校有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室，但基礎(chǔ)薄弱校的條件就比較差了，有的只有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，在這種情況下，常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)都難以保障，按照課標(biāo)要求，學(xué)生實(shí)驗(yàn)大量增

加，實(shí)驗(yàn)室不可能滿足教學(xué)要求。而借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)軟件，使得實(shí)驗(yàn)操作突破設(shè)備、材料、場地等

條件的限制，隨時(shí)提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，學(xué)生可以反復(fù)操作控制設(shè)備，達(dá)到熟練實(shí)驗(yàn)的目的，將化學(xué)課堂延伸到課外。保證教學(xué)效果的同時(shí)，極大的節(jié)省了成本，降低了實(shí)

驗(yàn)的投入。二、利用虛擬實(shí)驗(yàn)可以高度安全，遠(yuǎn)離危害，并且減少對環(huán)境產(chǎn)

生污染在平時(shí)的教學(xué)中，教師注重的主要是化學(xué)知識(shí)及解題能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，而對化學(xué)

實(shí)驗(yàn)的研究不夠，平時(shí)的聽課也只重視知識(shí)的傳授與思維能力的培養(yǎng)。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ζ毡檩^弱，實(shí)驗(yàn)中任何一個(gè)不規(guī)范的操作，不合理的實(shí)驗(yàn)順序，或者實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)的不

熟悉都會(huì)造成實(shí)驗(yàn)失敗。輕者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，重者產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)事故。造成教師怕麻煩不愿帶學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能就更得不到提高。進(jìn)入一個(gè)惡性循環(huán)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中需要接觸各種化學(xué)藥品，藥品可能帶有刺激性氣味、腐蝕性等危害性特性，若操作不當(dāng)，有可能造成人員傷害和財(cái)務(wù)損失。化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)軟件可以避免真

實(shí)實(shí)驗(yàn)或誤操作帶來的各種諸如燃燒、爆炸的危害，可以使得學(xué)生放心的去做各種實(shí)驗(yàn)，提升知識(shí)和技能。

學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多污染。比如廢液污染，廢氣污染，廢渣污染等需要進(jìn)行分類處理。例如對于一些強(qiáng)堿、強(qiáng)酸性液體,可以利用酸堿中和的原理,互相混合,降

低溶液的pH值,使其達(dá)到合適的值后再進(jìn)行排放。對于含有金屬離子的廢液,需要加入適當(dāng)?shù)牧康幕旌蠅A液,將液體中的金屬陽離子進(jìn)行沉淀，分離。對于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的具有

毒害性的廢氣以及刺激性氣味需要采用封閉式的實(shí)驗(yàn)操作方法,確保這些氣體不向周圍的空間擴(kuò)散,然后再對產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行集中收集。否則都會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生危害。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)功能齊全，形象逼真，加大學(xué)生體驗(yàn)感虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件高度模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，打造了一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生在當(dāng)

中控制滴管、燒杯、試管、酒精燈等儀器，就如同在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)一樣，獲得直觀生動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，增加對抽象的化學(xué)反應(yīng)原理的理解。并且，化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)軟件

豐富了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的種類，實(shí)驗(yàn)形式更加多樣，形式更生動(dòng)，這種創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)形式，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)習(xí)興趣。?

化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系列軟件包含了中學(xué)課本主要教材的演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)以及分組實(shí)驗(yàn)，還包括演示動(dòng)畫、3D分子模型、二維元素周期表等輔助功能。

演示動(dòng)畫：化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，如果遇到微觀不好理解的，比如原電池電子的移動(dòng)問題，可以用動(dòng)畫進(jìn)行演示。再比如遇到不規(guī)范的操作情況可能帶來危險(xiǎn)時(shí)，可采用動(dòng)畫

演示對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)，從而熟悉和規(guī)范化學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)作及流程。3D分子模型：化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室提供了3D分子模型展示?？梢愿玫牧私饣瘜W(xué)

分子結(jié)構(gòu)，研究化學(xué)變化的本質(zhì)，將抽象的分子采用立體形象方式展示出來，同時(shí)可以對分子進(jìn)行縮小、放大、旋轉(zhuǎn)等操作，全方位多角度觀察分子結(jié)構(gòu)。

經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所產(chǎn)生和還原真實(shí)的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容的再現(xiàn)，

使學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程和相關(guān)知識(shí)，極大滿足學(xué)生對實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的需求。

自由實(shí)驗(yàn)：用戶可根據(jù)個(gè)人的需要自主進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路、自由的選擇實(shí)驗(yàn)器材、自由的組裝、搭配實(shí)驗(yàn)儀器、自由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案和動(dòng)手操作論證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果等，可以全

面滿足學(xué)生的探索欲望，而不必要擔(dān)心傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室里實(shí)驗(yàn)操作危險(xiǎn)、實(shí)驗(yàn)室里儀器和藥品不全等問題。

元素周期表：仿真虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件中的元素周期表，不僅有常見得化學(xué)元素周期表模式，還有化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室獨(dú)創(chuàng)的圖片模式可以供選擇。在這種圖片模式下，每一

種元素都配有高清的圖片，在有具體的實(shí)例的情況下，大家可以更加清楚的了解元素形態(tài)和特征。具有很強(qiáng)的資料性和教學(xué)實(shí)用性。

例如，在講解氯氣的制取時(shí)候，有一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，就是要把制取裝置圖的連接順序講一下，以前我在講這個(gè)問題的時(shí)候，一般采用兩種方法：一是直接用實(shí)驗(yàn)儀器在講臺(tái)

上直接連接一遍給學(xué)生看，但是這種方式不一定保證全班所有同學(xué)都能看清連接的整個(gè)

過程，二是在第一種方法的前提下，再用板書把這個(gè)裝置圖畫在黑板上，邊畫邊講解，但是這個(gè)方法會(huì)浪費(fèi)很多寶貴的上課時(shí)間。這次在講到這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)候，改變了方式。

利用仿真實(shí)驗(yàn)軟件，事先把制取氯氣要用到的各種儀器隨意放在白板上，然后讓學(xué)生自己動(dòng)手連接實(shí)驗(yàn)裝置，裝置連接好后，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中加熱發(fā)生裝置，產(chǎn)生氯

氣，獲得逼真的體驗(yàn)感。這樣極大的增加了學(xué)生的興趣。在后面的考試中，我特別安排題目檢驗(yàn)他們的學(xué)習(xí)成果，反饋的效果非常好。

教育的信息化建設(shè)是中國未來教育的大方向大趨勢，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件更是給化學(xué)的教學(xué)插上了美麗的翅膀?；瘜W(xué)教師只有打破傳統(tǒng)教育觀念，主

動(dòng)學(xué)習(xí)新的技術(shù)，借助現(xiàn)代教育技術(shù)的支持與幫助，從日常教學(xué)環(huán)節(jié)入手，努力提高自身教學(xué)能力，主動(dòng)向科研型教師