虚拟实验在化学实验教学中的应用策略研究

　　摘要：虚拟实验以其良好的共享性、可重复使用性、可扩展性及极高的安全性等优势，使得它在教学中的应用日益深入，其在化学实验教学中的应用能够克服化学真实实验的诸多弊端，对化学实验教学大有裨益。分析了现阶段初中化学虚拟实验存在的一些问题，并提出了相应的优化策略，以期更好地服务于化学实验教学。

　　关键词：化学实验教学；虚拟实验；应用策略

　　中图分类号：TP431文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）006-0166-02

　　作者简介：朱敏（1987-），男，西北师范大学教育技术学院硕士研究生，研究方向为信息技术与教育应用；刘鹏飞（1986-），男，西北师范大学教育技术学院硕士研究生，研究方向为信息技术与教育应用。

　　1虚拟实验

　　《义务教育化学课程标准（2011版）》倡导在化学教学中创设以实验为主的科学探究活动，以此激发学生的学习兴趣，提高学生的科学探究能力。传统的实验教学由于自身的诸多限制，已较难独自完成这一要求，当前以传统的真实实验为主、虚拟实验为辅的实验教学方式，正受到人们的关注和认可。

　　虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术，在计算机上营造虚拟的实验环境，模拟真实实验的操作过程和实验现象，实验者可以像在真实实验环境中一样完成实验项目。虚拟实验的开发技术多种多样，各有千秋，而当前初中化学虚拟实验主要是基于Flash技术的虚拟实验。其原因在于Flash良好的平台独立性和交互性，以及相对较低的研发门槛，无论是对于研发者还是使用者来说都比较好驾驭。如图1所示为北邮虚拟实验系统，登陆平台后，即可实现仿真学习。

　　相对于传统的真实实验，虚拟实验的优势在于其良好的共享性、可重复使用性、可扩展性以及极高的安全性等。基于Flash的交互式虚拟实验可以在任何主流操作平台上运行，模拟实验需要的设备和场景，学生可以通过虚拟实验进行自主探究，大胆尝试而又不用担心损毁仪器和自身安全，这对于降低实验成本、保障学生的人身安全、激发学生们的探究热情十分有利，虚拟结构如图所示。但同时也要注意，虚拟实验毕竟是一种虚拟的体验，无法取代真实实验，虚拟实验只有以真实实验为依托，与真实实验形成互补，才能更好地发挥自身的优势和作用。

　　2初中化学虚拟实验的应用

　　近年来，国内对于虚拟实验的研究和开发一直呈稳步上升态势，初中化学虚拟实验因为化学学科自身的特点及较低的研发门槛，通常是研发人员试手的首选，所以相关的研究成果数量一直远远高于其它学科。笔者根据自身在调研和参与虚拟实验设计过程中的亲身经历，总结了初中化学虚拟实验的现状及存在的问题。

　　2.1研发人员结构方面

　　当前初中化学虚拟实验的研发人员以高校教师和在校研究生为主，这类研发人员一般都具有较强的虚拟实验技术基础，是虚拟实验研发的主力军。而广大初中化学教师，尤其是实验教学经验丰富的一线化学教师却很少参与到虚拟实验的研发过程中来。

　　化学虚拟实验的研发目的在于弥补传统化学实验教学的不足。以高校教师和研究生为主的研发人员由于大多数无化学学科背景，且缺乏实验教学经验，在虚拟实验内容的安排上通常选择参照初中化学教材和相关文献。这样一方面会导致最终研发的虚拟实验内容安排生硬、过时、灵活性大打折扣，且成品倾向于功能性而并非实用性，实际使用效果不佳；另一方面也使得研发的虚拟实验多是对真实实验的简单重复，照本宣科地将真实实验搬到虚拟平台上来，不能很好地发挥虚拟实验的优势，可以说是对研发资源的一种浪费。

　　一线化学教师具有高水准的化学专业知识，以及丰富的真实实验教学经验，其在化学虚拟实验研发中的缺席主要是由于研发的技术门槛。以基于Flash的虚拟实验为例，研发人员必须对Flash的脚本语言Action script熟练掌握，才能具备开发虚拟实验的能力，然而在笔者访谈的一线化学教师中，甚至没有人知道Action script是什么。此外，初中化学教师作为教师，其职责和工作重心是传授知识、培养学生能力，要求一线化学教师研发化学虚拟实验，的确有些强人所难。

　　2.2虚拟实验结构方面

　　当前初中化学虚拟实验主要可分为演示式虚拟实验、体验式虚拟实验和探究式虚拟实验3种类型。演示式虚拟实验主要是为了配合教师讲解实验内容，由教师简单操作演示给学生观看的一类实验，多采用线性的展现形式。笔者在实地调研中发现，一线化学教师对这类虚拟实验青睐有加，运用也十分娴熟。在已有的初中化学虚拟实验中，演示式虚拟实验的比重最大。

　　体验式虚拟实验主要针对学生，是在教师传授相关知识后，由学生自主操作实验仪器，观察实验现象，完成实验的一类实验。这类实验有着良好的操作性和交互性，学生能够很好地体验实验过程，加深对实验的认识和了解。当前在对初中化学虚拟实验的研究中，以体验式虚拟实验数量最多，发展最为迅速。

　　探究式虚拟实验是指由教师创设情境，学生在虚拟实验平台上自主选择实验方法、设计实验过程，探究实验结果的一类实验。这类实验能够很好地激发学生学习兴趣，培养学生自主探究能力，但是对研发人员和教师都有着极高的要求。当前对于初中化学探究式虚拟实验的研究较少，很多方面仍需要完善，是今后研究的一块高地。

　　2.3理论研究方面

　　当前对于初中化学虚拟实验的研究多集中于虚拟实验的设计和开发，对于虚拟实验在初中化学实验教学中的实际应用研究较少，两者之间的研究数量差距极大。很显著的一个现象就是虚拟实验的设计和开发成果越来越多，但是对于虚拟实验究竟要怎么应用到化学实验教学实际中来，怎么与真实实验相结合却极少给予关注。

　　随着教学观念的改变，传统初中化学实验教学也正经历着变革，《化学课程标准》更是指明了化学实验课程改革的重点在于科学探究。化学教师们在反思如何转变教学方式，充分调动学生学习积极性和自主探究欲望方面进行了大量的尝试和创新，提出了许多先进的理念和教学模式，然而受限于虚拟实验的技术门槛，以及缺乏对虚拟实验的了解，一线化学教师在实际变革中往往有意无意忽视了虚拟实验。高校中化学虚拟实验的研发人员多是计算机专业出身，具备较强的虚拟实验研发的技术基础，在选择研究课题时，通常会本能地选择更能发挥自己优势和特长的虚拟实验设计与开发课题，对于虚拟实验在初中化学实验教学中的实际应用研究则大多有心无力，鲜有成果发表。两个领域之间缺乏交流和沟通，各自设计各自应用，是问题的症结所在。 　　2.4初中化学虚拟实验运用方面

　　当前多媒体教室和计算机网络教室已经十分普及，普通水平的中学一般都有完善的设施和配置，可以说虚拟实验应用的硬件条件已经完全达到要求。笔者在调研过程中发现，一线化学教师普遍认可虚拟实验在化学实验教学中的作用，平常上课时也会使用一些演示性虚拟实验作为教学辅助手段，可以明显提高教学效率，帮助学生理解掌握新知识，减轻教师授课负担。但这种程度地使用虚拟实验明显还不够，学生从演示性虚拟实验上得到的仅仅是一种看的经验，学生只有自己动手来操作具有交互性能的虚拟实验，才能获得更多的体验和自主探究的机会，这不仅需要能够在多媒体计算机网络教室展开教学活动，也要求化学教师具有较高的信息技术能力。然而对于一线化学教师来说，教学任务本就十分繁重，在实验教学中应用虚拟实验，既要申请教室，又要花精力提高对虚拟实验的了解和运用，显然极大地加重了教师的负担。许多教师本着何必自找麻烦的想法，不愿“多此一举”。

　　3初中化学虚拟实验教学优化策略

　　3.1加强相互交流，培养具有化学学科背景的虚拟实验研发人才

　　虚拟式实验的开发具有一定的理论和技术门槛，高等院校在研究生招生时应当向一线化学教师敞开大门，招收一批具有化学学科背景的研究生，培养既有化学实验教学经验又具备化学虚拟实验开发能力的复合型人才，使之成为化学虚拟实验研发的主力军。同时高校研发人员还应加强与一线化学教师的交流，相互了解对方的需求和想法，学习对方的经验，共同合作，促进虚拟实验更好更深入地走进初中化学课堂。

　　3.2走进初中课堂，加强虚拟实验应用研究

　　初中化学虚拟实验最终面向的是初中化学教师和学生，虚拟实验的研究不能闭门造车，更不能开发完了就束之高阁，走进并融入化学实验教学现场，是大势所趋。当前对虚拟实验的应用研究很少，初中化学虚拟实验的应用研究更是寥寥数篇，教师在实际使用过程中往往不清楚该如何应用虚拟实验辅助自身教学，只能自己摸着石头过河，极大地限制了虚拟实验辅助作用的发挥。

　　3.3对教师运用虚拟实验提供支持

　　教师是虚拟实验的最终使用者，对虚拟实验的应用和推广有着举足轻重的作用。然而由于缺乏相关支持，虚拟实验在实际教学应用中往往由化学教师一人承担，使得虚拟实验不仅不能成为教师教学的强大助力，反而变成了沉重的枷锁，加重了教师的负担，这是极不应该的。高校和中学应当通力合作，在化学教师能力范围内开展技术培训，并对虚拟实验在初中化学实验教学中的应用提供技术和人力支持，减轻教师的负担。

　　4结语

　　虚拟实验在化学实验教学中的应用能够克服真实实验的诸多弊端，对化学实验教学大有裨益，前景被普遍看好。然而从理想到现实，终究还是有很大的差距，把虚拟实验的应用落到实处，才是虚拟实验最好的归宿。随着科技的飞速发展一些可视化软件的开发应用，虚拟实验从以前二维平面化慢慢走向三维立体化。教师、学生只有利用有利资源，运用正确的教学策略和学习方式，才能有效地提高学习效率，促进课堂教学的发展。

　　参考文献：

　　[1]义务教育化学课程标准（2011年版）[EB/OL].http：//www.pep.com.cn/czhx/jshzhx/kbdg/kcbzh/201202/t20120208_1101229.htm，2011.

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　　[4]丁美荣，柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术，2007（7）.

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