一款高仿真的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室：Chemist

盤俊春

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。前面我曾在文章《能隨身攜帶的移動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室：燒杯》中推薦過(guò)THIX公司開發(fā)的一款很好的化學(xué)實(shí)驗(yàn)APP軟件，其實(shí)該公司還開發(fā)了另一款化學(xué)實(shí)驗(yàn)APP軟件叫Chemist，它的功能不僅強(qiáng)大，而且仿真程度更高，下面我就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下它的使用方法。

Chemist的主要功能及特點(diǎn)

Chemist是THIX公司開發(fā)的系列仿真實(shí)驗(yàn)軟件之一，是一款可以實(shí)現(xiàn)高仿真虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)的手機(jī)應(yīng)用，用戶可以挑選對(duì)應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)、器材等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可稱得上是一個(gè)移動(dòng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

Chemist版本同時(shí)支持蘋果和安卓系統(tǒng)的手機(jī)和平板。在安卓手機(jī)里安裝并打開軟件（官網(wǎng)下載地址：http：//thix.co/），啟動(dòng)后的主要操作界面如圖1所示。

界面很簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜的菜單，只是在界面上方有三類（器皿、物質(zhì)和像火柴之類的常用物品）物品列表菜單，所有操作都是通過(guò)拖動(dòng)物品列表中的物品來(lái)實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)擊菜單就可以打開物品列表，APP內(nèi)擁有所有常見的化學(xué)物品，包括液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)的各種化學(xué)物質(zhì)。使用者可以隨心所欲地添加它們，嘗試在不同環(huán)境下做各種實(shí)驗(yàn)。

該APP有以下主要功能及特點(diǎn)：①高仿真虛擬環(huán)境。使用者可以體驗(yàn)完全真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，三維的視覺和聽覺效果給人帶來(lái)身臨其境的感覺。②豐富的化學(xué)物品。該軟件包含大量的化學(xué)物品，其官網(wǎng)會(huì)不斷更新化學(xué)試劑。③自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。完成實(shí)驗(yàn)之后，可以自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，記錄所有的實(shí)驗(yàn)步驟，并且可以直接將其保存為圖片或者以電子郵件的形式發(fā)送。

利用Chemist進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)

利用Chemist可以模擬做幾百種實(shí)驗(yàn)，很多操作方法和“燒杯”差不多，下面簡(jiǎn)單介紹一下如何利用Chemist做實(shí)驗(yàn)。

1.利用Chemist做燃燒實(shí)驗(yàn)

我們還是以高中化學(xué)鉀與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)的目的主要是觀察堿金屬與水反應(yīng)現(xiàn)象的區(qū)別。首先點(diǎn)擊界面上方的器皿菜單，拖入一只燒杯，然后點(diǎn)擊界面上方的物質(zhì)菜單，該APP提供了化合物、固體顆粒、液體和氣體四大類原料，選擇“Liquid”液體里的水，把水加到燒杯里，這里加水方式更好，“燒杯”APP是每點(diǎn)擊一次水物品就可加25度3.5ml左右的水，而Chemist將化學(xué)原料拖拽至試管或者燒杯處就會(huì)切換成一個(gè)傾倒?fàn)顟B(tài)，需要多少克，多少摩爾看個(gè)人需求，分量精度很好把握，上下拖動(dòng)手指能改變加水的量，不用一次次加了。按相同的操作方法添加鉀元素，反應(yīng)發(fā)生一會(huì)就會(huì)自動(dòng)在屏幕上顯示化學(xué)反應(yīng)方程式：2H2O+2K=2KOH+H2。模擬的化學(xué)反應(yīng)和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象幾乎是一樣的，很快鉀就會(huì)和水發(fā)生劇烈反應(yīng)，遇水燃燒后鉀是發(fā)出耀眼白光，不一會(huì)燒杯就會(huì)發(fā)生爆炸破碎，圖2～圖4所示是加入鉀的前中后三個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及結(jié)果。

2.利用Chemist做爆炸實(shí)驗(yàn)

以鎂與氧氣燃燒發(fā)生爆炸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，首先點(diǎn)擊界面上方的器皿菜單，拖入一個(gè)鐵架臺(tái)，然后拖入一個(gè)燒杯和一個(gè)酒精燈，把它們放到鐵架臺(tái)上，接著在物品列表中選中鎂，Chemist中的物品名也是按英文字母順序排列，如找鎂，找到以英文字母“M”標(biāo)示的位置即可。這里不用另加氧氣，直接使用空氣中的氧氣就可以了。最后用手指點(diǎn)擊酒精，選擇“打開”就可以生火了，發(fā)現(xiàn)燒了一會(huì)兒，鎂就會(huì)燃燒并發(fā)生爆炸。燒到最后燒杯也會(huì)發(fā)生破碎，如圖5所示。

以上只是簡(jiǎn)單介紹了兩個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，其他的實(shí)驗(yàn)大家可以自己嘗試去做，這里就不再舉例了。這里再說(shuō)說(shuō)第三個(gè)物品菜單，里面有PH試紙、溫度計(jì)、火柴這類輔助道具。例如，我們?cè)囉肞H試紙做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊界面上方的第三個(gè)菜單，就會(huì)彈出火柴這類輔助道具，我們選擇PH試紙，把它拖到裝有氫氧化納溶液的燒杯里，就會(huì)發(fā)現(xiàn)PH試紙的顏色會(huì)發(fā)生改變（如圖6所示）。

類似的像溫度計(jì)、火柴這類輔助道具的使用方法也差不多，大家可自行嘗試。

另外，再簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)這一APP的其他操作功能。主界面左下角有一個(gè)按鈕，它是用來(lái)保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果的，當(dāng)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)后，我們可以點(diǎn)擊界面左下角的按鈕，在彈出的菜單中選擇直接將其保存為圖片或者發(fā)送電子郵件。主界面右下角有三個(gè)按鈕：第一個(gè)是重新開始新的實(shí)驗(yàn)，第二個(gè)是設(shè)置物品要顯示的標(biāo)簽，第三個(gè)是設(shè)置聲音等系統(tǒng)參數(shù)。

總的來(lái)說(shuō)，利用Chemist進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程都非常逼真，3D效果的視覺和聽覺能給我們帶來(lái)身臨其境的感受。更重要的是利用它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)非常安全，操作失誤可以重來(lái)，而且它具有實(shí)時(shí)計(jì)算功能，每時(shí)每刻都會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的反應(yīng)結(jié)果，同學(xué)們還可以實(shí)時(shí)點(diǎn)擊查看其中的化學(xué)反應(yīng)方程式的變化和各種物質(zhì)成分的組成與變化。總之一句話，它值得大家擁有。