高中化學虛擬實驗教學設(shè)計與實踐的探析

常永俠 丁振華 張文贊

摘? 要：化學是高中時期的一門重要課程，通過學習帶領(lǐng)學生了解微觀世界，在教學過程中要開展實驗活動，實驗是化學教學的重要組成部分，通過開展實驗活動，可以讓學生對所學知識有更加深入的了解。但考慮到其具有復雜性，有的實驗安全風險較高，會威脅到學生自身安全，因此開展虛擬實驗教學設(shè)計是很有必要的。文章先介紹高中化學虛擬實驗教學的優(yōu)勢，再分析目前現(xiàn)狀及意義，最后開展實驗，從而促進學生全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中化學;虛擬實驗教學;實踐

【中圖分類號】G633.8? ? ? ?【文獻標識碼】A? ? ? ? ? 【文章編號】1005-8877（2021）33-0029-02

Exploration and Analysis of Teaching Design and Practice of Virtual Experiment of Chemistry in Senior High School

CHANG Yongxia? DING Zhenhua? ZHANG Wenzan （The Third Complete Middle School in Bozhou City，Anhui Province，China）

【Abstract】Chemistry is an important course in senior high school，through learning to lead students to understand the micro world，Experiments should be carried out in the teaching process. Experiments are an important part of chemistry teaching. By carrying out experimental activities，students can have a deeper understanding of what they have learned. However，considering its complexity，some experiments have high safety risks and threaten the safety of students themselves. Therefore，it is necessary to carry out virtual experiment teaching design. The article first introduces the advantages of senior high school chemistry virtual experiment teaching，then analyzes the current status and significance，and finally carries out experiments to promote the overall development of students.

【Keywords】Senior high school chemistry;Virtual experiment teaching;Practice

將信息技術(shù)融入教學中來，開展虛擬實驗教學，具有明顯優(yōu)勢。結(jié)合化學實驗項目，制訂出完善的設(shè)計方案，保證虛擬實驗順利開展。調(diào)動起學生參與積極性，感受化學實驗魅力，不斷提高學生自身化學素養(yǎng)。

1.高中化學虛擬實驗教學的優(yōu)勢

（1）降低實驗教學成本

在開展高中化學實驗時，需要提前準備好所需的材料、儀器等，有的實驗所需材料比較珍貴，價格較高，導致成本增加。部分學校因為教學經(jīng)費不足，無法滿足實驗需求，對學生自身發(fā)展造成了一定限制作用。大部分化學用品都是一次性的，容易造成資源浪費，要投入較多費用。在虛擬實驗教學模式下，教師借助計算機就可以開展，將整個實驗過程還原出來，具有較強真實感。有的實驗難度較多，過程中涉及多個環(huán)節(jié)，一次實驗學生很難懂，利用虛擬實驗可以反復演示，具有方便、快捷的特點。在信息技術(shù)的支持下，化學實驗實現(xiàn)了虛擬化，在計算機上就可以完成，大大降低了教學成本，經(jīng)濟效益明顯。

（2）安全性較高

在傳統(tǒng)教學模式下，化學實驗要在教師指導下開展，但部分學生對操作流程、方法等不是很了解，容易出現(xiàn)意外事故，威脅到學生自身安全。例如，有的實驗具有毒性、腐蝕性，如果操作不慎會發(fā)生危險，而且學生一旦受到傷害后，就會產(chǎn)生恐懼心理，參與實驗的積極性會降低。虛擬化學實驗很好地解決了面臨問題，通過計算機操作來完成實驗，在這種情況下，不會出現(xiàn)操作不當?shù)膯栴}，安全性較高。對于高中化學實驗而言，教師要將安全放在第一位，避免對學生產(chǎn)生危害，才能確保教學活動順利開展。特別是危險性較高的實驗項目，采用虛擬模式，防止意外事件發(fā)生。

（3）環(huán)保性

在以往的化學實驗?zāi)Ｊ较?，過程中會產(chǎn)生有害的液體或者氣體，對環(huán)境會造成污染。在實驗室內(nèi)開展實驗時，如果空間通氣性較差，產(chǎn)生的有毒氣體無法及時排放，很有可能對學生身體健康產(chǎn)生危害，危險性比較高。虛擬化學實驗教學有效解決了面臨問題，在虛擬狀態(tài)下進行，不會產(chǎn)生有害的液體或者氣體，避免了環(huán)境污染，環(huán)保效果顯著。在現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，國家大力倡導節(jié)能環(huán)保理念，化學教學工作也要積極響應(yīng)，遵循環(huán)保理念，最大限度地降低了環(huán)境污染。發(fā)揮出虛擬實驗教學的優(yōu)勢，創(chuàng)建出良好學習條件，有效滿足環(huán)境保護的需求。

（4）靈活性較高

傳統(tǒng)化學實驗在實驗室或者課堂上進行，存在一定局限性。虛擬化學實驗則不會受到時間和空間的局限，可以隨時隨地進行，具有較強靈活性，借助于計算機就可以完成整個實驗。例如，有的化學實驗整個過程需要花費較多時間，包括多個操作步驟，虛擬化學實驗教學模式的應(yīng)用大大改善了這種狀況，對實驗進行簡化，更加高效、準確地展現(xiàn)出來，有助于改善教學效果?；瘜W實驗不能受到外部環(huán)境的限制，要具有靈活性，這是非常重要的，可以滿足學生自身需求。

（5）符合學生認知特點

在大部分學生看來，化學實驗是非常復雜的，難度較高，需要在教師指導下完成。由于學習方式單一，學生容易感覺到枯燥乏味，導致積極性降低。虛擬實驗教學建立在信息技術(shù)的基礎(chǔ)之上，符合學生認知特點，更受他們歡迎。教師根據(jù)教學內(nèi)容提前制作課件，用動畫視頻的方式展現(xiàn)出來，具有生動形象的特點，接受起來更加容易，促進知識內(nèi)化吸收。發(fā)揮出虛擬實驗教學的優(yōu)勢，調(diào)動起學生參與積極性，更加自主參與進來，感受到化學的魅力。

2.高中化學虛擬實驗教學基本現(xiàn)狀

在西方發(fā)達國家中，已經(jīng)實現(xiàn)了虛擬實驗教學，解決了傳統(tǒng)教學模式下存在的問題，并且取得了顯著成效。有一種虛擬實驗軟件，在進行化學實驗時，學生可以通過虛擬過程來感受微觀世界的變化。我國虛擬技術(shù)起步較晚，但發(fā)展速度非?？?，目前已經(jīng)被應(yīng)用到多個領(lǐng)域?；瘜W虛擬實驗教學還處于初級階段，在很多方面都不是很完善，還要改進才可以。例如，教師對化學虛擬實驗教學認識不足，只是在課堂上播放實驗視頻，在這種模式下，學生依然處于被動接受位置，和傳統(tǒng)教學模式并沒有太大差異。虛擬實驗教學只局限在部分項目中，并沒有實現(xiàn)全面應(yīng)用，導致效果不佳。針對化學虛擬實驗教學中存在的問題，要進行深入的分析，找到其中原因，并采取有效措施完善，不斷提升教學水平。虛擬實驗教學是未來發(fā)展的必然趨勢，所以要提高重視程度，加強信息技術(shù)應(yīng)用。

3.高中化學虛擬實驗教學研究的重要意義

化學虛擬實驗教學是一種全新理念，改變了傳統(tǒng)教學方式，有效運用信息技術(shù)，將實驗過程虛擬展現(xiàn)出來?；瘜W實驗主要目的是讓學生參與進來，在親手操作中熟悉流程，明白其中的化學原理，從而理解所學知識。傳統(tǒng)化學實驗方式存在滯后性，方式比較單一，而且會受到時間和空間限制。在開展實驗時，一般需要投入一定經(jīng)費，存在資源浪費、環(huán)境污染等問題。化學虛擬實驗教學的運用，大大改善了這種情況，靈活性較強，不會受到客觀條件限制，有助于培養(yǎng)學生自主研究能力，激發(fā)出內(nèi)心求知欲望?；瘜W虛擬實驗教學最大的特點是虛擬，通過計算機、信息技術(shù)將實驗過程展現(xiàn)出來，不僅降低了成本，而且避免了問題的發(fā)生。加強對虛擬實驗教學的研究，和高中化學教學結(jié)合起來，積極創(chuàng)新教學理念、方式，不斷提高學生綜合能力，對學科有更深的認知。

4.高中化學虛擬實驗教學的設(shè)計和實踐

實驗案例——釀制米酒。

（1）實驗思路

在開展虛擬實驗時，要突出學生主體地位，成為主要參與者，教師更多的是指導和管理，對實驗裝置組裝、操作、記錄等，讓學生對實驗知識有全面的了解。合理安排課堂時間，保證學生可以有效參與進來，首先教師對整個實驗活動安排進行講解，讓學生有全面的了解，為虛擬實驗開展做好準備。其次由學生自己來進行操作，并根據(jù)要求將相關(guān)實驗數(shù)據(jù)信息記錄下來，對最終結(jié)果總結(jié)。最后由教師對實驗進行評價，好的地方要及時肯定，不足的地方也要指出來，便于學生進行改進，不斷提升實驗水平。實驗思路對實驗是非常重要的一部分，它指導活動的開展，實現(xiàn)預期目標，為實驗結(jié)果提供可靠的保障。

（2）設(shè)計方案

實驗?zāi)繕耍和ㄟ^實驗讓學生掌握釀制米酒的流程和原理，并熟練地進行操作。實驗過程獨立完成，培養(yǎng)善于思考、自主探究的能力。借助于虛擬實驗教學，對學生開展環(huán)保及安全教育，從而實現(xiàn)健康成長。

學習內(nèi)容：學習有關(guān)釀制米酒的知識。

設(shè)計重點：保證學生可以掌握釀制米酒的流程及實驗過程中需要注意的問題。

（3）實踐

為了展現(xiàn)出化學虛擬實驗教學的優(yōu)勢，在高中中選擇兩個班級，一個是實驗班，另一個是對照班，并根據(jù)最終實驗知識掌握程度進行測試和比較。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，實驗班平均分為76，對照班平均分為77，兩個班級學生的學習能力基本一致，符合虛擬實驗教學的條件，結(jié)果具有有效性。

方法：一個班級采用傳統(tǒng)實驗教學方法，另一個班級采用虛擬實驗教學，對最終的結(jié)果進行比較。

過程：實驗班采用虛擬實驗教學的方法，組織學生進行米酒的釀制。為了保證實驗教學的順利開展，教師要提前在計算機上安裝虛擬教學軟件，并進行試驗，確?？梢哉Ｊ褂?，之后學生在教師的指導下開展實驗。對照班則采用傳統(tǒng)實驗教學方法，教師親自做實驗并講解，學生在整個過程中詳細記錄。

結(jié)果：測量工具選擇SPSS18.0軟件，對最終結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，有接近96%的學生認為虛擬實驗教學效果更好，實驗學習中充滿了趣味，接受起來比較容易。實驗班和對照班的平均分數(shù)為81和74，相差比較大，說明虛擬實驗教學模式效果更好，是一種可行的教學方法。

5.探討

虛擬實驗教學模式在高中化學教學中可以發(fā)揮出有效作用，具有成本低、安全性、環(huán)保性等優(yōu)勢，更加符合實際需求，對于促進學生知識吸收有很大的幫助。雖然虛擬實驗教學優(yōu)勢明顯，但從目前情況來看，在國內(nèi)并沒有實現(xiàn)推廣，和多方面原因有關(guān)，例如技術(shù)不成熟、重視程度不夠等，所以要積極完善，加快虛擬實驗教學模式的推廣，更好服務(wù)于化學教學。虛擬實驗教學開展離不開信息技術(shù)的支持，所以要提升技術(shù)應(yīng)用水平，促進與化學的融合，形成全新的教學模式。在教學工作要善于總結(jié)，對于存在的問題及時改進，不斷優(yōu)化虛擬實驗教學效果，為學生實驗學習提供支持，加快教學方式改革，朝著現(xiàn)代化方向前進。

6.結(jié)語

綜上所述，本文對化學虛擬實驗教學模式展開探討，分析其優(yōu)勢所在，對于提升教學水平有很大的幫助。虛擬實驗教學是教學方式改革的重要方向之一，因此要進行深入研究，提升信息技術(shù)應(yīng)用水平，創(chuàng)新教學模式。虛擬實驗教學彌補了傳統(tǒng)教學模式的缺陷，為學生創(chuàng)造出更好學習環(huán)境，增強自身綜合素質(zhì)。

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