導(dǎo)語：深究虛擬實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)上的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高?；瘜W(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，近年來，隨著高等教育觀念的更新、手段的改進(jìn)、計(jì)算機(jī)化學(xué)的興起和化學(xué)知識(shí)的創(chuàng)新，使計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)成為可能。借助計(jì)算機(jī)模擬手段，可以解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)不足的問題，并根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)操作，盡可能避免直接接觸危險(xiǎn)及有毒的化學(xué)藥品，減少廢棄物的排放，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)水平的目的。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)模擬多媒體技術(shù)

在高等教育實(shí)現(xiàn)大眾化的今天，由于眾多主客觀因素制約，國(guó)內(nèi)許多高校教學(xué)質(zhì)量有所下降，特別是在實(shí)踐教學(xué)中，出現(xiàn)重視課堂理論教學(xué)，忽視成本高、難度和質(zhì)量彈性都較大的實(shí)踐教學(xué)。在全球競(jìng)爭(zhēng)高度激烈的時(shí)代，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)人才所具備的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的要求越來越高，如果高校所培養(yǎng)的學(xué)生理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力脫節(jié)，學(xué)生將無法立足于當(dāng)前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，因此，加強(qiáng)高校實(shí)踐教學(xué)工作是我們必須要解決的重要任務(wù)。

目前，國(guó)家已將培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)現(xiàn)代化建設(shè)所需要的具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神高素質(zhì)人才列為高等教育戰(zhàn)略工程，這種人才只有通過系列的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能得到有效的培養(yǎng)。而我校許多學(xué)科專業(yè)都屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的應(yīng)用型專業(yè)，如何將學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有機(jī)結(jié)合起來是我們面臨的難題，下面就如何培養(yǎng)提高學(xué)生的實(shí)踐能力談幾點(diǎn)自己的認(rèn)識(shí)：

我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃主要設(shè)置有無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、儀器分析以及物理化學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)分散在各門理論課程中，教學(xué)主要按照理論課講授的內(nèi)容順序自成體系，各門實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程尚未進(jìn)行整合形成一個(gè)科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，內(nèi)容存在重復(fù)、脫節(jié)現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單分散，多為一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度也不夠，知識(shí)也不能及時(shí)得到更新，學(xué)生很難將化學(xué)知識(shí)和操作技能應(yīng)用到工作中去解決實(shí)際問題；實(shí)驗(yàn)的教學(xué)手段基本上采用傳統(tǒng)的一塊黑板、一套舊式儀器設(shè)備、一本實(shí)驗(yàn)教材，缺乏計(jì)算機(jī)多媒體和先進(jìn)儀器等現(xiàn)代化教學(xué)手段，教學(xué)方法主要是學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師重點(diǎn)講解和指導(dǎo)，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書“照方抓藥”，進(jìn)行機(jī)械式操作，最后填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)安排偏少，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的實(shí)踐時(shí)間不能得到充分保證。

鑒于以上事實(shí)，我們認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將在一定程度上解決目前存在的問題，有助于培養(yǎng)和鞏固學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)基本理論、知識(shí)、方法、技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和綜合分析、解決問題能力以及培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力。其依據(jù)在于：化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室充分利用計(jì)算機(jī)多媒體的技術(shù)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的文、圖、聲像、動(dòng)畫各種因素有機(jī)組合在一起，把一些抽象理論、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、虛幻情景、跨越時(shí)空等因素，通過三維動(dòng)畫、視頻圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段形象生動(dòng)地展現(xiàn)出來，使學(xué)生通過多種感官刺激全方位地獲取豐富的信息，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察得很清楚，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上操作也能達(dá)到身臨其境的效果，這樣就可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，起到良好的教學(xué)效果。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立有利于彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少的問題

化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，可以彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不足的問題，擴(kuò)大學(xué)生的信息量。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種手腦并用的學(xué)習(xí)方式，既要?jiǎng)邮植僮饔忠獎(jiǎng)幽X思考。但是由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，往往一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要在2～3個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成，教師只能將儀器的使用和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的示范和描述，一般很難有足夠的時(shí)間對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)的演示，學(xué)生也沒有充足的時(shí)間去思考，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足，儀器數(shù)量少，不能滿足學(xué)生人人都能動(dòng)手進(jìn)行操作訓(xùn)練，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中難免出現(xiàn)各種各樣的錯(cuò)誤，導(dǎo)致最后得不出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，對(duì)所做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍是一知半解。因此采用新的教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，充分利用學(xué)校的校園網(wǎng)，在保證原來實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，利用學(xué)生的課余活動(dòng)時(shí)間，開通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬模擬實(shí)驗(yàn)，其具體做法是：將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作為教學(xué)軟件上傳校園網(wǎng)，使學(xué)生不受時(shí)間、地點(diǎn)、場(chǎng)所的限制，打開校園網(wǎng)就可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣既可以節(jié)省經(jīng)費(fèi)，減少環(huán)境污染，又能為后續(xù)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｆ浯翁摂M實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)將知識(shí)性、趣味性融為一體，教學(xué)方法上采用啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)參與，從而有利于提高學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立有利于學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)安全規(guī)范的認(rèn)識(shí)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑大多數(shù)具有易燃、劇毒、腐蝕性，在實(shí)際操作過程中要求學(xué)生高度認(rèn)真，以免失誤導(dǎo)致事故發(fā)生。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以為學(xué)生提供一個(gè)虛擬的實(shí)踐空間，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)安全規(guī)范的認(rèn)識(shí)，例如，通過虛擬實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)模擬出實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤操作，將水倒入濃硫酸中，液體沸騰并飛濺，并配上適當(dāng)?shù)膱D像、聲音，從而使學(xué)生親自感受錯(cuò)誤操作的危險(xiǎn)性，提醒學(xué)生避免這些錯(cuò)誤的發(fā)生，這樣就會(huì)給學(xué)生留下深刻的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的安全規(guī)范操作引起高度重視，降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故發(fā)生的概率，即使出現(xiàn)危急情況，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的訓(xùn)練也有助于他們及時(shí)正確的處理。

三、計(jì)算機(jī)模擬有利于學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固

學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，由于受到主客觀條件的限制，一般難以再安排進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，因而實(shí)驗(yàn)知識(shí)往往得不到鞏固。如果將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)成教學(xué)軟件，學(xué)生則可以自由地選擇時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行多次的模擬實(shí)驗(yàn)，這無疑是對(duì)實(shí)驗(yàn)課的一種有力補(bǔ)充。例如，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電光天平的使用，利用計(jì)算機(jī)模擬可達(dá)到以下效果：

1．演示

將拆散的天平部件逐一放在正確的位置，同時(shí)采用文字和語音提示該部件的名稱、用途以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)等，當(dāng)組裝完成后，再演示稱量操作的步驟。在該過程中，其動(dòng)畫圖像清晰、逼真，語音提示可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的重視和理解，相比之下常規(guī)演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到這種效果。

2．練習(xí)

給出拆散的各天平部件，讓學(xué)生自己去完成組裝和稱量練習(xí)，每一個(gè)操作步驟都給出正確與否的判斷，若錯(cuò)誤則提示正確的操作方法。

3．鞏固

給出實(shí)驗(yàn)器材，在沒有正確提示的前提下完成所有操作，正確時(shí)給出歡快的掌聲；錯(cuò)誤時(shí)則指出其錯(cuò)誤，同時(shí)給出提示并給予鼓勵(lì)至完全正確。

4．測(cè)試

在沒有任何提示的情況下完成所有操作，根據(jù)操作情況和所用時(shí)間計(jì)分，并在最后給出錯(cuò)誤所在，因此這種計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵耆梢猿蔀檎n堂教學(xué)的有力補(bǔ)充。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立有利于保護(hù)環(huán)境

常規(guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可避免地要消耗大量的藥品和水資源，實(shí)驗(yàn)過程中伴隨著有毒氣體、廢水以及有害物質(zhì)，這既污染環(huán)境，又影響實(shí)驗(yàn)效果，既不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，也不利于環(huán)境保護(hù)。因此在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的的前提下，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行大幅度改革和調(diào)整是非常必要的，例如，在學(xué)習(xí)硫的知識(shí)中可設(shè)計(jì)成模擬實(shí)驗(yàn)：

（1）模擬硫與氧氣反應(yīng)，指出生成的SO2是酸雨形成的主要成分之一，若直接排放到大氣中，就會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染；

（2）模擬實(shí)驗(yàn)室中溫度計(jì)摔碎后對(duì)汞的處理，在汞的表面覆蓋一層硫粉，以防發(fā)生汞中毒等等，由于多媒體模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)，畫面生動(dòng)、逼真，特別是將反應(yīng)過程慢放和重播，學(xué)生能清楚的觀察實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這就大大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)又可以加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，從而起到良好的教學(xué)效果。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立突破傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式單一的局限，學(xué)生課前進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，利用多媒體虛擬操作進(jìn)行前期實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，后期在實(shí)驗(yàn)過程中具體操作將有助于提高學(xué)生實(shí)踐能力，其具體操作程序?yàn)椋?/p>

1．建立虛擬實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

通過建立網(wǎng)站教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)完全自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以在該環(huán)境中通過自學(xué)、模擬、回答問題等多種學(xué)習(xí)方式，在實(shí)踐中得到提高。

2．化學(xué)實(shí)驗(yàn)演示以及模擬課件的研制

研究、開發(fā)、制作化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室支撐軟件，管理和開發(fā)有關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源庫，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的整理、存貯、加工、修改、整合以及維護(hù)等，使資源庫不斷完善和發(fā)展。

3．化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合和優(yōu)化

為了使學(xué)生系統(tǒng)掌握化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)、提高綜合分析問題和開展科學(xué)研究的基本思路，看準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)的系統(tǒng)性和連貫性，遵循教學(xué)規(guī)律和認(rèn)識(shí)規(guī)律，并結(jié)合林業(yè)院校教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)規(guī)范為：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和研究（設(shè)計(jì)）型實(shí)驗(yàn)等三個(gè)層次，使學(xué)生在掌握和鞏固化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力以及初步的科研能力。

突破高等教育實(shí)踐教學(xué)沿用的傳統(tǒng)模式，建立化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)中，并根據(jù)林業(yè)院校教學(xué)要求的特點(diǎn)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，創(chuàng)建綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新體系，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，提高學(xué)生實(shí)踐能力以及培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力。但是虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)不能完全代替學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，更不能使學(xué)生獲得化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能，它只是提供一種手段，起到輔助教學(xué)的作用，只有將其與傳統(tǒng)的教學(xué)手段有機(jī)地結(jié)合起來，找到一個(gè)合適的切入點(diǎn)，才能最大程度地發(fā)揮作用，從而達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭風(fēng)英、李順興.化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色研究［J］.漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（3）：57～59。