芻議初中化學虛擬實驗的設計及應用

摘 要：目前，虛擬實驗已經被廣泛應用于社會多個領域。虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實（又稱VR）等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。

關鍵詞：實驗風險；學生的認識；資源浪費

一、應用虛擬實驗降低實驗風險

實驗風險是任何實驗操作都必須重視的問題，同時也是無可回避的問題。在初中化學實驗教學中，教師也將實驗的安全問題當作首要問題，在每一次實驗前都會反復叮囑學生規范地操作，進而降低實驗出現安全問題。

但是，在實驗操作的過程中，學生難免會因為各種因素而出現操作問題，如，滑落試管、溶液滴入過量等，這些問題即使是教師也難以避免，也就更不能要求學生百分之百不出現失誤。另一方面，部分初中化學實驗本身就具有一定的安全風險。例如，在初中化學第七章《應用廣泛的酸堿鹽》中就涉及強硫酸與濃硫酸，無論是對其的制作或是使用都存在一定的安全風險，容易對學生造成極大的傷害。

因此，在新的時代背景下，眾多初中化學教師開始使用虛擬實驗代替部分安全風險較高的化學實驗。首先，教師可以按照教材內容對學生講述實驗的具體步驟和目的。其次，教師可以利用現代化的信息技術來進行虛擬實驗，利用Virtools、Maya等軟件工具進行構建。最后，通過虛擬的操作，教師就能夠在虛擬的環境中展現出真實的實驗效果，學生也能夠從中看到真實的實驗現象。

在此過程中，教師不僅完美地完成了初中化學實驗教學，還通過虛擬實驗完美地規避了實驗風險，進而避免學生在實驗過程中受到傷害。

二、應用虛擬實驗提高學生的認識

隨著科學技術的不斷發展，虛擬實驗已經在某些方面超越了真實實驗的功能，它能夠有效提高初中化學實驗教學的效率和質量。

具體地說，初中化學實驗中存在不少實驗現象不明顯的實驗。這就導致教師很難引導學生對實驗現象進行詳細的觀察，也就很難讓學生深刻地理解與掌握實現現象，并產生牢固的記憶。

例如，在學習氧化還原反應的相關章節中，教師試圖利用CO（一氧化碳）來還原氧化鐵或氧化銅，但該實驗的現象并不是特別明顯。特別是在某些地區，實驗受到氣溫、濕度或實驗器材的影響，致使實驗現象更加模糊。

在這種背景下，學生很難依靠肉眼清楚地觀察到實驗現象。這就導致教師精心準備的實驗所取得的效果較差，教師只能通過口頭描述讓學生對實驗現象進行了解與掌握。但這種方式明顯背離了實驗教學的初衷，沒有發揮實驗教學的作用。

因此，教師可以應用虛擬實驗來增強初中化學實驗現象的效果，避免外界因素對實驗現象的影響，進而讓學生能夠清楚地觀察到實驗現象，以此提高學生的理解與掌握能力，最終提高實驗教學的質量與有效性。

例如，在氧化還原反應中，教師可以在虛擬實驗室中使用一氧化碳還原氧化銅。在實驗過程中，教師就可以將顏色調節的更加明顯，突顯出黑色固體變為亮紅色固體的實驗現象。同時，針對于導管中有氣泡冒出的實驗現象，教師可以利用信息技術將其進行擴大，并給出特寫，學生就能夠對這個現象進行更深刻的認識與記憶。

通過虛擬實驗，學生就能夠對化學實驗現象進行更清楚的觀察，真正體現出實驗教學的效力，進而提高初中化學的教學質量。

三、應用虛擬實驗降低資源浪費

在初中化學實驗中難免會造成資源的浪費，這就對初中學校造成額外的經濟負擔。因此，教師也可以利用虛擬實驗降低資源浪費。

例如，教師在講述基本的實驗操作時必定會告知學生正確的試管加熱方法，告知學生一旦試管加熱不均就容易爆裂。試管爆裂不僅會造成資源浪費，甚至還極有可能造成安全問題。

但是，僅僅通過教師的講述，學生對該現象的認識并不深刻，也無法引起學生足夠的重視。但教師也無法通過真實的實驗來讓學生進行現場觀察，其原因就在于資源的浪費。

此時，教師就可以將這項實驗通過虛擬實驗環境來完成。通過虛擬實驗，學生就能夠真實地觀察到試管因為加熱不均而爆裂的現象，進而提高認識和重視程度。同時，在初中化學實驗中也常常會用到較為稀有的金屬材料，例如，鎂條、水銀等等。

因此，教師并不能從學校得到較多的實驗材料進行化學實驗，此時，教師可以通過虛擬實驗環境來完成實驗，不但完美地顯示出實現效果，也避免了貴重資源的浪費，為學校節省了財政開支。

總的來說，虛擬實驗是科學技術不斷進步的產物，其已經被應用于多個領域并取得了不俗的成績。在初中化學實驗教學中，充分應用虛擬實驗不僅能夠降低實驗風險、加強實驗效果，還能夠有效降低實驗資源的浪費。這就需要教師在實踐中不斷總結和完善，進一步發揮虛擬實驗的作用，進而，促進初中化學教學的進步。

作者簡介：沈加旺，男，1973年11月出生，本科，就職于江蘇省鹽城市亭湖區中路港小學。

編輯 王團蘭endprint