高中化学实验中虚拟实验室的优势

一、高中化学实验教学中存在的问题

化学是一门以实验为基础的自然科学，如果教师仅仅在课堂上通过讲授的方式对化学反应的原理、过程和现象进行讲解介绍的教学方法，不足以满足《普通高中化学课程标准（实验）》对学生的要求。因此，探究的化学实验教学的教学方式与方法具有重大意义，这将有助于学生加深对化学学科的认识，增强学生探究知识的欲望，提高学生的综合素质，有利于培养学生的创新精神和实践操作能力。目前，在新课程改革的推动下，尽管新版教材已丰富了演示实验和分组实验的部分内容，但就现状而言，高中化学实验教学中仍存在诸多问题。

1.实验条件和内容的局限性。由于不同地区、不同学校的实验条件参差不齐，有些贫困县区的高中因经费限制，缺少实验仪器和试剂的现象特别严重，致使部分学校无法开全演示实验和分组实验。有些教师在实验教学过程中过分依赖教材、实验册和教辅资料，实验安排单一枯燥，学生完全依据教师提供的实验步骤完成实验，而不是在教师的引导下自主完成提出问题、作出假设、实验探究和得出结果的实验设计。

2.实验仪器及试剂在使用过程中的危险性。高中化学实验中用到的仪器多为易碎的玻璃制品，使用的试剂多数是一些反应剧烈的活泼金属和具有强腐蚀的酸或碱。教师或学生如果在实验过程中处理不当，将存在极大的安全隐患。

3.实验试剂和反应产物的污染性。在高中化学课程标准安排的多数化学实验中，所用到的反应试剂及得到的反应产物，如果不经过科学系统的分类、保存或处理都将可能对学校周围的环境造成污染。

4.实验过程复杂并缺乏严谨性。传统的化学实验教学中，有很多实验方法的设计上比较复杂，实验过程费时费力，而且很容易导致实验效果不精确，影响教学效果和学生对知识的准确掌握。针对以上传统高中化学实验课教学中存在的诸多弊端，笔者以为利用开放式网络化的虚拟实验室对学生进行化学实验教学，不失为今后高中化学教学实验课的一种十分有效的新途径。

二、虚拟实验室的概念和特点

1.虚拟实验室的提出。虚拟实验室最早于1989年由美国弗吉尼亚大学的威廉·伍尔夫教授提出，当时仅作为一种能为不同地理位置的实验人员提供相互交流、协调工作、共享实验资源和数据的计算机网络化环境。随着各国学者对虚拟实验室研究的不断深入，虚拟实验室得到了很快的发展。联合国教科文组织于1999年在美国艾奥瓦州立大学的会议上提出关于“虚拟实验室研究中心”和“虚拟研究实验室”科研和教学模式的构想，并将虚拟实验室定义为：为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息通讯技术并结果的电子工作室。

2.虚拟实验室的特点。与现实实验室相比，虚拟实验室在科研和教育方面存在诸多优势和特点，具体如下：

（1）成本低：虚拟实验室可以在拥有少量实验仪器甚至在没有实验仪器的环境下完成实验，这样将大大节约仪器和试剂在购置、管理和维护过程中产生的费用。虚拟实验室作为一种可重复、无损害的软件系统加以利用，极大地降低了开发和使用成本。

（2）自主性：虚拟实验室是一个自由开放的网络实验平台，学生和教师可以依照自己的需求自主选择实验的时间、地点、仪器、内容及方法来安排实验教学和练习，这样极大地增强了学生的学习兴趣和自主探究的学习欲望。

（3）交互性：虚拟实验室在通过网络完成远程教育的基础上，优化了传统远程教育中“只能看，不能动手做”的弊端，实现了教师、学生和网络虚拟实验室系统三者间的相互研究与交流，这样不仅在学习过程中加强了师生之间、生生之间的合作学习，也让学生在亲自动手操作的过程中提高他们的实践能力，同时也能使实验效果达到最大的精确化，有效提高课堂教学效率。

（4）高效性：学生可以通过虚拟实验室中的复习平台，结合理论教学自主的完成实验练习，这将有助于学生克服实验装置安装不正确、实验仪器操作不规范等基本技能障碍，帮助学生更高效地解决实验问题，达到有效学习目的。

（5）安全性：虚拟实验室中的仪器和试剂都是通过软件仿真模拟技术构建起来的，只需通过电脑即可完成实验操作。这对于教师进行演示实验和学生进行自主实验来说，能避免传统实验对仪器和实验人员的伤害，提高实验过程的安全性。

三、虚拟实验室在高中化学实验教学中的优势

针对传统实验教学中存在的不足，采用构建虚拟实验室的方式，能够进一步丰富高中化学的实验内容和组织形式，这对提高高中化学实验课的效率，激发学生的学习兴趣，培养学生细致的观察能力、缜密的思维分析能力、灵活的动手操作能力有着积极作用。

1.帮助学生更好地掌握实验原理、方法和操作过程，培养他们的学习兴趣。教师在开展实验教学之前，可以安排学生在虚拟实验室平台观看相关的实验教学视频，在初步了解实验原理、实验方法和实验操作过程之后，再指导学生亲手操作虚拟实验试剂和仪器进行模拟实验。这样将有助于增加学生对实验的了解，保证学生有充足的操作时间，熟悉操作过程，减少传统实验由于操作失误造成的安全隐患，从而激发学生对高中化学实验的学习兴趣。

2.激发学生主动学习意识，提高他们创新实践能力。传统实验教学提供的实验仪器和试剂相对有限，对学生使用实验材料的数量和操作仪器的次数都加以限制。学生只能在教师的安排下完成要求的实验任务，而不是自主设计实验并根据观察到的现象得出结论。通过虚拟实验室平台，学生不仅可以重复教师安排的实验内容，也可以根据自己的兴趣自主设计并完成一项科学探索，从而加深知识的理解，强化科学探究的意识，提高创新实践能力。

3.帮助学生完成传统实验课无法完成的实验，激发学生自主探究精神。虚拟实验室具有传统实验室所不具有的某些功能，能开展一些难以完成或无法完成的实验。在传统实验教学过程中，学生无法把宏观的实验现象与微观的分子之间的反应建立起联系，对于化学反应式常常是死记硬背，降低了学习兴趣，虚拟实验室就可以解决这个问题，通过播放模拟微观分子之间反应的Flas，学生可以利用直观、生动的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中的有关知识、经验或表象，从而利用原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识，赋予新知识以更深刻的意义，调动学生学习兴趣，提高学生创新能力，培养学生探究精神。

作者：刘昊 单位：吉林农业大学 中药材学院