虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)課程中的應(yīng)用

陳鑫

摘 要：實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)課程不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)，而虛擬實(shí)驗(yàn)因其具有良好的特性深得廣大師生的一致好評(píng)。通過(guò)對(duì)初中化學(xué)課程中虛擬實(shí)驗(yàn)的介紹，從其概念、功能以及在初中化學(xué)課程中的應(yīng)用案例出發(fā)，希望能夠?qū)A(chǔ)教育特別是基礎(chǔ)科學(xué)教育帶來(lái)一定的啟示。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn);初中化學(xué);實(shí)驗(yàn)條件;虛擬實(shí)驗(yàn)

初中化學(xué)是一門基礎(chǔ)并且重要的科學(xué)入門學(xué)科，對(duì)初中生的科學(xué)知識(shí)的積累和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)起到了啟蒙的作用。為了教好這門課程，一線教師想出了各種各樣的辦法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念被正式提出并且得到了迅速的發(fā)展。虛擬實(shí)驗(yàn)以虛擬的實(shí)驗(yàn)為場(chǎng)景，真實(shí)生動(dòng)地再現(xiàn)了課堂上所講的內(nèi)容，降低了教學(xué)難度并且提升了教學(xué)過(guò)程中的科技含量，同時(shí)也是一個(gè)提升學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)化學(xué)興趣的過(guò)程。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)的概念

虛擬實(shí)驗(yàn)室利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)和電腦上實(shí)現(xiàn)了對(duì)課本所學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的過(guò)程重現(xiàn)，通過(guò)模擬的手段使學(xué)生從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和觸覺(jué)上對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)理論進(jìn)行全方位和深層次的理解。化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室有很多的功能，例如建立虛擬的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，將初中化學(xué)接觸到的一些簡(jiǎn)單化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全方位的重現(xiàn)，具有良好的共享性、可重復(fù)使用性、可擴(kuò)展性、安全性等特質(zhì)，可以良好地支持科學(xué)探究活動(dòng)的開(kāi)展，有助于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展，正受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和研究。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)是在虛擬的環(huán)境中對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、展開(kāi)和運(yùn)行的，這就在安全性上有了很大的保障;其次，在虛擬的環(huán)境中對(duì)于教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的限制是一種突破;另外，虛擬實(shí)驗(yàn)可以保證學(xué)生從各個(gè)側(cè)面和角度對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，更利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解;最后，虛擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更有興趣設(shè)計(jì)一些自己感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于他們思維能力的提升起到很大作用。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)的安全性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)以原子為最小反應(yīng)單元，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的過(guò)程中，往往伴隨著強(qiáng)烈的發(fā)光發(fā)熱等現(xiàn)象。例如金屬鎂點(diǎn)燃后放出耀眼的光芒，鋁熱反應(yīng)中消耗單質(zhì)鋁而生成單質(zhì)鐵，過(guò)程中生成大量的熱量。還有一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物或者生成物對(duì)人體的危害較大，例如鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)生成的二氧化碳容易使人窒息，水的消毒過(guò)程中使用的氯氣對(duì)人體的呼吸道會(huì)產(chǎn)生很大的傷害。化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不都是完全安全的，事實(shí)上，大部分的化學(xué)實(shí)驗(yàn)都有一定的危險(xiǎn)性。有了虛擬實(shí)驗(yàn)，很大程度上減少了學(xué)生與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的接觸，避免了危險(xiǎn)的發(fā)生。例如，虛擬實(shí)驗(yàn)支持對(duì)某些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行考試，例如對(duì)酒精燈的使用進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時(shí)候，如果一個(gè)學(xué)生忘記將酒精燈的燈蓋按照正常的流程熄滅，在虛擬的界面中就會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)的界面并且判定實(shí)驗(yàn)失敗。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)條件的突破

化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件都有嚴(yán)格的需求，特別是對(duì)于一些特殊的化學(xué)反應(yīng)，比如在初中化學(xué)中有一個(gè)概念講的是石墨與金剛石是同一種元素的同素異形體，在一定的條件下石墨可以形成金剛石，而金剛石在灼燒的條件下生成二氧化碳。這樣的實(shí)驗(yàn)在初中實(shí)驗(yàn)室中是不可能完成的，但卻往往能夠引起學(xué)生充分的興趣。虛擬實(shí)驗(yàn)就突破了實(shí)驗(yàn)條件的限制，不僅可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程的觀察，而且可以讓學(xué)生通過(guò)對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中物質(zhì)分子的形成過(guò)程的觀察對(duì)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)際原理進(jìn)行更深層次的理解。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全方位觀察

現(xiàn)實(shí)中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)，往往只能夠從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比如發(fā)光發(fā)熱或者顏色改變進(jìn)行觀察，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理和反應(yīng)的深層原因并不能通過(guò)視覺(jué)觀察進(jìn)行察覺(jué)。另一種情況是化學(xué)反應(yīng)十分激烈，很難觀察到反應(yīng)過(guò)程中的具體現(xiàn)象。例如一個(gè)十分有趣的實(shí)驗(yàn)叫作“法老之蛇”即濃硫酸與白砂糖的反應(yīng)。在虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以將實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行分解，從各個(gè)方面、各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)的觀察，或者從時(shí)間軸上對(duì)過(guò)程進(jìn)行分解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)現(xiàn)象更加準(zhǔn)確的理解。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)的不足之處

盡管虛擬實(shí)驗(yàn)有著很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際操作過(guò)程中也存在一些不足之處。首先，虛擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感不強(qiáng)，無(wú)法體會(huì)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種誤差;其次，虛擬實(shí)驗(yàn)的大規(guī)模應(yīng)用雖然為教師帶來(lái)帶來(lái)很大便利，但是不能有效培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作與實(shí)踐能力;再次，虛擬實(shí)驗(yàn)不能實(shí)際體驗(yàn)出動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種故障，限制了學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)與思考能力的培養(yǎng);最后，虛擬實(shí)驗(yàn)往往都是單機(jī)操作，不利于對(duì)學(xué)生合作意識(shí)的培養(yǎng)。

虛擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中有很大的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際運(yùn)作的過(guò)程中，很容易造成對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)的依賴而對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和合作意識(shí)的缺失，希望廣大一線教育工作者能夠靈活運(yùn)用這些教學(xué)手段，更好地為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱敏.基于初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文.西北師范大學(xué)，2013.

[2]李焱.初中化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)常態(tài)化的調(diào)查研究：以石家莊市為例.碩士學(xué)位論文.河北師范大學(xué)，2014.