建立虛擬化學實驗室 進一步開放實驗室

摘要：通過建立虛擬化學實驗室，進一步改革化學實驗教學模式、實驗內容，提高學生的動手能力和創新能力。

關鍵詞：虛擬化學實驗室；開放；創新

中圖分類號：06-31 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）01-0248-03

一、前言

隨著我國高等教育事業的蓬勃發展，實驗教學的改革不斷引起實驗教學工作者的關注。實驗教學是教學中的重要環節，它不僅使學生能從各種客觀規律的認識和探索中進一步認識世界，而且能增強學生獨立動手能力、開發創造能力，以及為以后工作實踐打下基礎。教育部把開放實驗室作為近幾年高等學校教學質量評價的一個重要指標。因此，應把開放實驗室作為提高教學質量，培養學生運用所學理論知識和基本實驗技能來解決實際問題能力的一項重要工作來認真對待，提高關系學校生存發展的高度來認識，并進行一些必要的改革和創新。

當前大多數化學實驗教學中，由于實驗條件的限制，實驗的預習與復習一直是較為薄弱的環節。目前實驗預習基本上都是有任課教師提前安排實驗，由學生回去后根據書本內容查閱一些資料、文獻來做的。學生在實驗前的預習中一般不能進入實驗室實地觀察，僅憑教材上的文字敘述和圖片描述，難以獲得對實驗操作過程的較為全面的認識，因而對實驗的準備就顯得不夠充分，以致在一定程度上影響實驗效果。這樣的預習效果往往不太理想，學生只對實驗目的、實驗內容、實驗原理等有初步的了解，對實驗儀器、實驗操作也只是模糊的印象。在實際實驗中，由于沒有經過模擬演練，學生在實驗操作中往往會出現手忙腳亂、摔破玻璃儀器、損壞實驗器材等現象，這樣也增加了實驗安全隱患。其次，在實驗后的復習過程中，學生又不可能再有實際操作的機會，這也不利于鞏固在實驗中學習到的知識和技能。

虛擬化學實驗室就是基于這樣的目的而建立的，學生在進入實驗室之前先到虛擬化學實驗室進行實驗模擬演練。在虛擬化學實驗室中，有任課教師制作的各種實驗教學課件和演示視頻，學生可以坐在電腦上進行觀看和操作演練。另外，虛擬化學實驗室是將計算機信息技術融入化學實驗中，這對激發同學的學習興趣有很大的幫助，能充分調動學生的積極性，培養學生創造性思維，為以后走向社會做好準備。近年來，我們在虛擬化學實驗室的建立和實驗室的開放嘗試著進行了一些實質性的工作。

二、虛擬化學實驗室的建立

虛擬化學實驗室是依托浙江省化學實驗教學示范中心（簡稱“中心”）下屬的計算化學實驗室建立的，該實驗室擁有33臺高性能計算機，能滿足建立虛擬實驗室的需要。虛擬化學實驗室是由各實驗任課老師制作完成的一整套化學實驗教學課件和演示視頻組成的系統，將這整套東西放到計算化學實驗室，供學生平時觀摩和演練。在制作虛擬化學實驗室時，我們采用了比較流行的兩個化學軟件：Corel ChemLab和Model Chemlab。我們利用屏幕動畫截取軟件HyperCam和這兩個化學軟件之間的相互配合，制作出了一系列的虛擬化學實驗教學課件，供教師和學生使用，提高實驗教學效果。

Corel ChemLab和Model Chemlab這兩個化學軟件都具有良好的圖形界面和簡便的操作，備有多種常用的實驗儀器，形象逼真。開發者為我們準備的設備有燒杯、漏斗、噴燈、滴定管、錐形瓶、長頸燒瓶、圓底燒瓶等，基本操作包括加熱、過濾、抽真空等。Model Chemlab采用插入式模塊結構設計，每個功能模塊對應一個實驗項目，開發者在模塊中預置了相應的化學藥品清單，用戶添加反應物的操作便可以在備選菜單中方便地選擇。這樣我們能進行交互式的、實時的、生動的、近似真實的模擬化學實驗過程及實驗中發生的現象的模擬。HyperCam是一款專門用來捕捉計算機屏幕操作流程的工具軟件，其中包括鼠標的移動軌跡與音效，完成之后可以將其保存為標準的AVI視頻文件。因此HyperCam很適合用來制作教學課程或演示軟件。這三個軟件通俗易學，任課教師就是通過這三個軟件將枯燥的化學實驗變成生動逼真的教學課件。學生在進入實驗室進行實際操作前，都可以進入虛擬化學實驗室進行模擬演練，這將大大提高實驗教學質量。另外，學生可以上網下載和自做課件，這樣可以充分調動學生的學習積極性，通過實驗預習—虛擬化學實驗室—實際實驗操作（包括教師指導）—虛擬化學實驗室這樣的模式，學生可以鞏固所學的知識，為以后踏入社會做好扎實的基礎。

三、虛擬化學實驗室的使用

虛擬化學實驗室包含所有大學化學實驗的內容，例如：基礎化學實驗Ⅰ、基礎化學實驗Ⅱ、基礎化學實驗Ⅲ、綜合化學實驗、現代儀器分析實驗等。因而適合各個年級的化學專業學生學習使用。同時，虛擬化學實驗室所選用的都是經典化學實驗，所以同樣適用一些非化學專業的學生使用，例如：紡織工程、紡織化學與染整、材料科學、生命科學的學生等。我們把虛擬化學實驗室整套系統放在計算化學實驗室的電腦中，在電腦上安裝基本的化學軟件，供學生平時觀摩演練等。作為省級化學基礎課示范中心，我們在理學院的網站上建立了自己的網頁，這就為把虛擬化學實驗室放置到網上提供了平臺，進一步地開放了我們的實驗室。

在學生進入實驗室之前，教師可以利用虛擬化學實驗室預先對學生進行指導，而且規定學生進入實驗室之前必須經過虛擬實驗室的模擬演練。教師可以經過簡單地培訓就會使用上述的三個軟件。任課教師把所屬課的實驗用這三個軟件編寫成可以供學生模擬演練的課件和觀看的演示視頻，最后將這些課件放置到虛擬化學實驗室中，供廣大學生使用。另外，也可以加入一些PPT等多媒體課件。在實際操作前，一般地模式是由教師將要做的實驗布置給學生，由學生課外查閱相關資料、文獻，最后提交實驗預習報告，然后到實驗室展開實驗。這樣就會出現各種問題，例如：學生對實驗沒有深刻地印象，實驗中會手忙腳亂、摔壞玻璃儀器、損壞貴重實驗儀器等。我們的模式是：由教師布置實驗任務，學生先在課外查閱相關的資料、文獻，寫出實驗預習報告，然后學生可以從計算化學實驗室進入虛擬實驗室，也可以經過網絡進入虛擬實驗室，進入之后可以進行一系列更深刻地學習實驗知識和實驗技能，不懂的地方可以詢問任課教師。最后學生在任課教師的指導下完成實驗，撰寫實驗報告。在完成實驗后，學生如果還是沒有弄清楚的話，可以再進入虛擬實驗室，對已做的實驗再次進行模擬演練，這能使學生的記憶更深刻。這也是我們的創新點。

學生到虛擬實驗室的時間比較自由，計算化學實驗室每周一到周五都對外開放，所以學生可以自由安排時間去模擬演練。學生也可以在宿舍里進入虛擬實驗室，學生可以不用專門跑到計算化學實驗室。虛擬實驗室開設了專門的下載區域，供學生下載各種課件。Corel ChemLab、Model Chemlab和HyperCam三個軟件也提供了下載，學生可以自己學習使用這三個軟件，編寫實驗模擬演練和制作實驗視頻等。通過這些措施我們就是想把學生的自由度加大，這樣有利于提高學生的學習積極性，增強他們的自學能力和創新能力。

我們作為省級化學基礎課示范中心，以開放服務和資源為突破口，服務下沙高教園區和浙江省區域經濟為主要目標。因而虛擬化學實驗室也是對外開放的，學生可以通過浙江理工大學網站進入虛擬化學實驗室。

四、虛擬化學實驗室的管理

虛擬實驗室是下屬于浙江省化學基礎課示范中心，本“中心”由學校實驗與設備管理處和理學院二級管理的，所以各種管理措施都已經具體落實了。另外，作為創新的實驗室，它也有實驗教學過程規范，這有別于其他傳統實驗室。各種化學實驗課件和實驗模擬程序都是由各個實驗任課教師和實驗技術人員共同完成的，再由網絡管理人員放置到“中心”的網絡上。為了不斷改進我們的實驗教學，在“中心”網絡上專門開設了“聯系我們”窗口，內有各個任課教師和各個實驗技術人員的聯系方式等，學生若對實驗有任何建議可以直接跟我們聯系，以便更好地改進實驗教學。

五、總結

通過建立虛擬化學實驗室，進一步開放實驗室，給學生創造一個更寬松、更自由的學習環境，讓學生在進入實驗室之前，預先模擬演練化學實驗，這有利于學生豐富和鞏固理論知識，確立和強化實驗安全意識。通過在計算機和網絡上的教學，有利于增加學生的興趣，激發學生的求知欲，提高學生的創新能力。與此同時也存在一些問題：建立虛擬化學實驗室后，實驗任課教師和實驗技術人員的工作量加大了；實驗室管理更加復雜化；相關政策需要不斷完善；等等。這都需要在實踐中妥善處理才能使虛擬化學實驗室完全開放，充分發揮其作用。

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基金項目：浙江省高等教育學會研究項目（Y201010）

作者簡介：周寶成（1982-），男，浙江浦江人，浙江理工大學理學院化學系實驗師，實驗室副主任，碩士，現主要從事實驗教學與實驗室管理工作。