虛擬實驗在初中化學教學中的運用

任春華

隨著科技的進步和信息技術的多樣化發(fā)展，虛擬實驗，借助多媒體和計算機等技術實現(xiàn)的一種仿真實驗被引進課堂。虛擬實驗與真實環(huán)境中完成實驗項目是一致的，所取得的效果甚至還要優(yōu)于真實實驗。虛擬實驗在初中化學中的運用不僅豐富了教學內容和教學資源，更重要的是拓展了學生的學習空間，為他們的化學學習給予了有力補充。因此，初中化學教師在進行實驗教學時，可以在結合教學目標和要求的基礎上，借助虛擬實驗來展開教學，激發(fā)學生學習化學的興趣，幫他們開啟一扇新的化學大門。

一、借助虛擬實驗，克服實驗條件限制

一些化學知識點對實驗的要求比較高，并且不能夠在課堂上完成，教師只能用口頭講解的方式來進行教學，學生往往很難透徹地理解所有內容。這時候，如果運用虛擬實驗就能將無法完成的實驗用虛擬的形式展現(xiàn)出來。這種呈現(xiàn)方式克服了實驗條件的限制，幫助學生更清晰地理解了學科理論知識。

例如，在學習“二氧化碳”相關內容時，教師介紹了二氧化碳會引發(fā)“溫室效應”，但大家對“溫室效應”并不是很理解，也沒有見過，因此只能死記硬背。對于二氧化碳的性質，大家也是一知半解，究其原因是學生沒有真正理解“溫室效應”的原因。借助虛擬實驗，教師可以在空氣中增加二氧化碳，讓大家直觀地看到由于環(huán)境溫度上升所帶來的變化，如全球變暖等。大家也明白了氣溫的上升與空氣中二氧化碳的濃度有關，二氧化碳增多就像給地球蓋了一層被子，地球無法將熱量輻射出去，表面溫度自然會增高，逐漸就會變得如溫室一般。

此案例中，在虛擬實驗的幫助下，學生充分理解了“二氧化碳為什么會引起溫室效應”這一知識點，從而對二氧化碳知識有了更清晰、更徹底的認知。

二、借助虛擬實驗，避免化學實驗危險

1.降低實驗材料的危險性

在化學實驗中會涉及很多實驗材料，其中包括有毒性以及有腐蝕性的物品，具體實驗過程中，一旦出現(xiàn)操作失誤就會引發(fā)危險。在引入虛擬實驗之后，就能有效避免這種問題的出現(xiàn)。通過虛擬實驗既能夠為學生營造虛擬的實驗環(huán)境，也不需要使用真實的危險實驗物品，所有的實驗過程都由計算機模擬展開，可顯著降低危險實驗所帶來的危害性。與此同時，虛擬實驗環(huán)境下不需要使用任何耗材，既能夠有效避免化學試劑的浪費，也不會因此生成污染，有利于環(huán)保意識的滲透。

例如，傳統(tǒng)化學實驗中使用最為普遍的就是酒精燈，但是酒精本身就是一個最大的安全隱患。如果酒精溢出，遇火即燃，極有可能引發(fā)火災，形成安全隱患。在金屬燃燒實驗中，需要使用鐵絲在氧氣中進行燃燒。這一實驗過程中，鐵絲在蘸取酒精之后才能燃燒，一旦不慎，就有可能出現(xiàn)酒精翻灑，再加上氧氣會加速酒精的燃燒，引發(fā)不可挽回的嚴重后果。在引入虛擬實驗之后，就能規(guī)避這一弊端，不僅可以保護學生和環(huán)境，也確保了實驗過程的順利進行，可謂一舉多得。

2.降低實驗過程的危險性

很多化學實驗都存在較高的風險，特別是化學藥品的使用，不僅會危害學生的身體健康，還有可能引發(fā)更嚴重的后果。所以，在使用有毒、有腐蝕性的化學藥品或者是具體實驗過程有可能產生毒害物質時，教師需要特別留意。如果引入虛擬實驗必然可以顯著降低危險發(fā)生的可能性，不僅能夠使學生更直觀地觀察到完整的實驗過程，了解更直觀的實驗現(xiàn)象，而且顯著降低了實驗風險。當前，引入化學教學的很多教輔工具都能夠對具體的實驗過程進行模擬，在輔助化學教學的過程中都具有極其顯著的現(xiàn)實意義。

例如，在《酸堿鹽》教學中，具體的實驗過程會涉及強硫酸以及濃硫酸，不管是制取還是使用，都具有較高的危險，很容易對學生形成極大的傷害。引入虛擬實驗就能夠借助輔助工具完成實驗過程的架構和展現(xiàn)，模擬再現(xiàn)真實的實驗效果，使學生得以細致、全面的觀察。虛擬實驗的引入，不僅可以有效豐富化學實驗教學的形式和內容，也能夠有效降低風險發(fā)生的概率。除此之外，這些虛擬實驗的過程更逼真，現(xiàn)象也會更明顯，更易于學生觀察和理解。

三、借助虛擬實驗，提升化學實驗效果

1.讓實驗結果明顯化

伴隨著科學技術的持續(xù)發(fā)展，在某些方面，虛擬實驗已經遠遠超出真實實驗的功能，可以顯著提升化學實驗教學的效能。在初中化學實驗中，很多實驗現(xiàn)象并不明顯，一旦學生觀察不夠細致，就有可能稍縱即逝，難以實現(xiàn)深刻理解和掌握。

例如，在氧化還原反應相關知識的教學過程中，教師大都會使用一氧化碳還原氧化鐵或者氧化銅。然而，這一實驗現(xiàn)象并不明顯，而且會受制于其他各種因素，特別是氣溫、濕度以及實驗器材等都會進一步使實驗現(xiàn)象變得不清晰。在這樣的情況下僅僅依靠肉眼學生并不能實現(xiàn)全面細致的觀察。盡管教師精心準備了實驗，但是卻未能收獲預期的效果。因此，教師只能選擇口頭灌輸?shù)姆绞剑瑤ьI學生回顧實驗過程，助其掌握實驗現(xiàn)象。顯然這一教學模式和原有的實驗教學初衷相背離，未能充分發(fā)揮實驗教學應有的價值。虛擬實驗的引入便可有效解決這一弊端，一方面可以強化實驗現(xiàn)象，另一方面也能夠有效避免其他外界因素對實驗現(xiàn)象所帶來的影響，使學生更清晰、更直觀地了解完整的實驗過程，掌握實驗現(xiàn)象，全面提升實驗教學的實效性。

仍然以“氧化還原反應”為例。可以在虛擬實驗室內創(chuàng)設一氧化碳還原氧化銅的實驗過程，還能夠對這一過程中的色彩進行調節(jié)，突出強調由之前的“黑色固體轉化為亮紅色固體”這一過程，聚焦學生注意?？梢愿鶕?jù)導管中氣泡冒出這一實驗現(xiàn)象輔以技術處理對其進行放大或者給定特寫，一方面可以幫助學生獲得更直觀的了解，另一方面又有助于加深記憶。

虛擬實驗的引入，能夠帶給學生更直觀、更清晰的實驗觀察，不僅有助于體現(xiàn)實驗教學應有的效能，也有助于提升初中化學的教學質量。

2.讓實驗過程簡短化

初中化學教學中，有些實驗現(xiàn)象需要很長時間才能表現(xiàn)出來，而且現(xiàn)象也不明顯，我們很難在課堂上看到實驗現(xiàn)象或結果，導致學生對實驗內容的理解非常淺顯。這時候，教師就可以利用虛擬實驗來調控實驗的條件和時間，將實驗結果和現(xiàn)象凸顯出來。這樣學生就能在短時間內看到實驗現(xiàn)象，強化了實驗教學的效果。

例如，在學習“鋁”的相關內容時，有一個最基本的實驗是鋁的氧化。由于鋁的氧化需要很長一段時間，在課堂上無法演示出來。教師借助虛擬實驗就能夠將鋁在空氣中被氧化的不同時間段的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來。如第一天、第三天、第六天后分別是什么情形。學生通過觀察這三個階段鋁的表面變化情況，就會發(fā)現(xiàn)鋁在空氣中確實被氧化了，鋁的表面形成了氧化鋁，顏色失去了鋁的金屬光澤，而這層氧化鋁又可以作為保護膜，防止鋁的其他部位被氧化。通過這個虛擬實驗，大家對鋁的氧化現(xiàn)象和原理有了更直觀的認識，記憶起來也會更加深刻。

總之，虛擬實驗不僅能豐富化學教學課堂、拓展學生的視野、提高學生的整體素質，也能有效降低實驗資源的浪費，更是考核教師素質和學校軟實力的標準之一。不過，雖然虛擬實驗能夠輔助化學教學，但也不能盲目而為，需要靈活、恰當?shù)剡\用，這樣才能將虛擬實驗的優(yōu)勢更好地發(fā)揮出來，最大限度地為學生創(chuàng)造一個主動學習、高效學習的環(huán)境。

（作者單位：江蘇省張家港市常青藤實驗學校）

（責任編輯 曉寒）