有機化學實驗仿真平臺的搭建——資源利用最大化

[摘要] 有機化學是實驗性很強的一門重要基礎課程，傳統實驗教學模式存在著諸多弊病，為了改進教學效果，增強學生對有機實驗的興趣，提高資源利用率，我們開發了這套仿真實驗平臺，將實驗過程制作成形象、逼真的操作軟件，學生可以在仿真實驗平臺上學習和操作，提高了學習效率，同時利用網絡為遠程教育的學生提供更寬的學習平臺，充分利用現有資源，使教學向深度和廣度拓展。

[關鍵詞] 仿真實驗 有機化學 有機化學實驗

有機化學是化學專業的一門重要的基礎課程，同時也是一門原理性、概念性、結構性、實驗性較強的學科。實驗教學是有機化學教學中不可缺少的一部分，而在傳統實驗教學中，學生對預習不夠重視，只是在課前簡單的看一遍教材，抄寫一份預習報告，這樣的預習效果甚微，因此導致了學生在實驗過程中的盲目性和對實驗課程的不重視。為了彌補這種缺陷，使學生對有機實驗產生強烈的興趣，我們開發了這套仿真實驗平臺，將實驗過程設計成形象、直觀的操作軟件，讓學生在計算機上模擬實驗操作，使學生對實驗過程有了形象具體的認識，激發了學生的學習興趣，同時加強了預習的效果。對于遠程教育的學生，可以在網上看到實驗的整個過程，也可以模擬實驗操作。這樣不僅可以提高學生學習的興趣和有機化學教學的效率，充分調動教與學兩方面的積極性，而且能適應網絡教育的要求，充分利用現有資源，使教學向深度和廣度拓展。

1 搭建仿真平臺的必要性

有機化學實驗是化院學生的必修課，也是將來學習專業課和培養學生科研能力的一個平臺。有機化學實驗注重于培養學生的基本操作能力，自主動手能力，并且與其他專業實驗有著良好的銜接性，對學生實驗技能的培養非常重要。

有機化學實驗開設的內容從基本操作，基本合成到綜合試驗覆蓋面很廣，能有效地培養學生的實驗技能和理論知識的運用能力。

應用先進的多媒體技術制作仿真實驗平臺，既讓學生有更多的途徑學習鞏固知識，同時還可以保證學生的健康不受損害，實現有機化學實驗的綠色化。

一直以來學生對有機實驗課的預習和復習都是通過課本上的文字敘述來學習的，內容單調呆板，學生理解起來有困難。而仿真實驗平臺的搭建可以提高學生預習的效率和實驗的成功率，使學生能更好地學習掌握有機實驗的操作要點。同時，仿真實驗平臺的建立還可以為遠程教育的學生提供動手操作的機會，使資源的利用最大化。

2 仿真實驗平臺的搭建模式

仿真實驗平臺主要以有機化學實驗為基本內容，利用Photoshop、Flash、3DMax等計算機軟件制作了仿真儀器庫、典型有機化學實驗動畫、有機化學實驗互動平臺，并在此基礎上制作了有機實驗視頻網站，完成了主要包括以下幾個部分:仿真實驗平臺的搭建，為有機實驗的教學提供了一個嶄新的窗口。

2.1仿真實驗儀器庫的制作

為了搭建仿真實驗平臺，我們首先要準備的就是實驗儀器，這與實際操作的步驟一致。儀器庫主要包括有機實驗常用的儀器:表面皿、布氏漏斗、滴液漏斗、分餾柱、分水器、分液漏斗、接引管、酒精燈、克氏蒸餾頭、普通漏斗、球形冷凝管、三口燒瓶、燒杯、索氏提取器、提勒管、鐵架臺、溫度計、溫度計套管、吸慮瓶、圓底燒瓶、真空接引管、蒸餾頭、蒸餾彎管、直形冷凝管、錐形瓶等。其中所有玻璃儀器均處理成透明材質，與真實的儀器效果接近。例如，下圖中的一些玻璃儀器:

圖中所做的玻璃儀器視覺效果與真實的玻璃儀器非常接近，這也是制作仿真實驗平臺的第一步，為后面的平臺搭建打下了堅實的基礎。

2.2典型有機化學實驗的動畫制作

在完成儀器庫制作的基礎上，根據有機實驗教材和教學大綱，選擇制作了典型的有機實驗動畫。

(1)基本操作實驗:《玻璃工制作》，《普通蒸餾和沸點測定》，《重結晶和熔點測定》，《水蒸汽蒸餾》，《減壓蒸餾》，《薄層色譜》等，基本覆蓋了有機實驗常用的一些基本操作，每個實驗動畫既可單獨作為一個完整的實驗內容，又有針對性地訓練了1～2項基本操作;

(2)基本合成實驗:《溴乙烷的合成》、《環己烯的合成》、《正丁醚的合成》，《乙酸乙酯的制備》等，這些合成實驗既復習強化了基本操作中的一些操作過程，又通過實驗過程現象再現引入了一些新的操作理念，例如，分液漏斗的使用，攪拌裝置的安裝，分水器的使用和回流操作等;

(3)綜合性實驗:《對硝基苯胺的合成》、《肉桂酸的合成》《乙酰乙酸乙酯的合成》，《三苯甲醇的合成》，《對甲基苯乙酮的合成》和《從茶葉中抽提咖啡因》等，這部分綜合性實驗操作比較復雜，涉及的裝置和步驟比較多，可以讓學生對各種儀器的安裝和操作要點更加熟練，對有機實驗的操作認識更加系統化。實驗動畫的制作包括儀器安裝，藥品添加和實驗現象等，與實際的實驗過程一致。例如肉桂酸的合成截圖效果如下:

實驗動畫完全模仿真實的實驗過程，實驗現象中顏色變化等也以實際操作過程為準，整個動畫實驗過程具有和實際實驗非常相似的的細節性，很好的體現了實際操作的在線性。

2.3有機化學實驗互動平臺的搭建

前面我們做好的動畫都是一次性播放的，學生只能觀看，不能參與，為了讓學生也能參與實驗，實現真正的互動，我們進一步制作了實驗互動平臺，讓學生充分參與到實驗中來，真正體驗實驗的原理和操作過程，加深印象，減少實際操作中的失誤。下面以肉桂酸的合成為例展示下效果截圖:

互動平臺在實驗動畫的基礎上增加了實驗原理、注意事項，實驗儀器的自組裝過程(附帶評判)，課后思考題等，使實驗過程更加完整，更加接近課堂效果，具有很強的仿真性。

2.4仿真實驗網絡平臺的搭建

在完成互動平臺后，學生反映效果不錯，為了更好地服務學生，讓更多的人能利用這個仿真實驗平臺，我們建立了有機實驗視頻網站，主頁內容包括:課程簡介，視頻平臺，交流論壇，資料平臺，實驗教程五個部分。下面是網站的部分截圖:

課程簡介中介紹了有機實驗課程的性質和安排，以及任課教師的介紹，可以使學生對有機實驗課程有個初步了解;視頻平臺中包括實驗動畫演示和自己操作兩部分，讓學生可以先看演示，然后自己動手操作，可用于課前預習和課后復習，加深印象，提高學習效率，也可讓外專業學生選擇學習，增加知識面;交流論壇設置了師生交流信息欄，增加了師生對話的途徑;資料平臺中列出了一些化學期刊，有機溶劑的常用參數，有機化學常用軟件等，使網站更具有學習性和參考價值;實驗教程中還展示了部分學生的實驗報告，從各個方面全方位為學生提供服務，使有限的資源為更多的人使用。

3 結論

我們搭建的有機化學仿真實驗平臺，經過測試是一個完整的、成型課堂教學、學生自學演練的工具。它的特點與達到的效果是:

(1)表現形式生動真實，形象直觀。老師在上課時可以不必攜帶易碎而又沉重的儀器就可以給學生展示近似真實的儀器。

(2)3D動畫對實驗過程的模擬可以讓學生在1~2min時間內了解并掌握幾個學時的實驗內容，從而可以在提高教學效率的同時提高學生的預習效率。

(3)通過生動直觀的模擬操作，充分調動學生的視覺功能，從而對有機化學實驗產生濃厚的興趣，并使相關的有機化學理論知識得到更深刻的理解和記憶，提高學生學習的主動性。

(4)實現了互動平臺，課堂演示還是學生自己動手操作，都將是一個良好的工具。尤其典型實驗安裝環節，更能為學生在計算機上模擬實驗操作很有好處。

參考文獻:

[1]錢詩靖.化學實驗的計算機輔助教學[J].淮海工學院東港學院(教育論壇)，2004，9(2):88-89.