基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程體系的初步探索與實(shí)踐

于長(zhǎng)順　閔慶旺　張鋒　翟濱　高世萍　肖作毅　王巖　楊大偉

摘要：基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)相關(guān)專業(yè)必不可少的技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一些有毒化學(xué)試劑易對(duì)學(xué)生身體造成傷害，儀器操作不當(dāng)也易損壞。本文以硫代硫酸鈉溶液的標(biāo)定初步探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的可實(shí)施性。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)化學(xué)；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）28-0127-02

一、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)多年的改革，我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已經(jīng)成為一個(gè)有機(jī)的整體，分為三個(gè)大的模塊：第一部分是化學(xué)基本操作訓(xùn)練，涵蓋無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的所有基礎(chǔ)操作訓(xùn)練（虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的主要部分）；第二部分是初步的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，涵蓋無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，該部分只進(jìn)行單獨(dú)的綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，不進(jìn)行課程的交叉訓(xùn)練，前兩部分在大學(xué)二年級(jí)前完成；第三部分是綜合三門(mén)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)的研究性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將涵蓋化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的所有訓(xùn)練內(nèi)容，以系列的研究性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練為主，按著科學(xué)研究的思路開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)，由幾個(gè)系列實(shí)驗(yàn)組成，從制備、合成、檢測(cè)、鑒定，到研究報(bào)告的書(shū)寫(xiě)、研究結(jié)論的歸納總結(jié)的諸多方面進(jìn)行訓(xùn)練。目前，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常是學(xué)生課前依據(jù)實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行預(yù)習(xí)，教師課堂現(xiàn)場(chǎng)講解，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于時(shí)間、空間、教學(xué)資源的限制，在面向大面積學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“照葫蘆畫(huà)瓢”模仿式教學(xué)模式長(zhǎng)期存在，從而造成學(xué)生對(duì)于對(duì)實(shí)驗(yàn)課不重視，實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)不到預(yù)期效果，最終達(dá)不到教學(xué)目的。由此，改革傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢(shì)在必行，基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)的引入是解決當(dāng)前問(wèn)題的重要途徑之一。

二、基礎(chǔ)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置方案

通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的訓(xùn)練，使學(xué)生不僅僅掌握基本原理和相應(yīng)的單元操作，同時(shí)達(dá)到能夠自如地綜合運(yùn)用所學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，更加靈活地掌握和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下將會(huì)大幅度提高學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合分析能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；為培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的應(yīng)用型人才，特別是受企事業(yè)用人單位歡迎的優(yōu)秀人才奠定基礎(chǔ)。虛擬實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置方案的核心是根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和專業(yè)特點(diǎn)，實(shí)行多層次課程內(nèi)容，強(qiáng)化綜合性系列實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。我國(guó)各高等院校的培養(yǎng)模式大體相近，尤其是工科的輕工、化工類專業(yè)，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)改革，已經(jīng)將四大化學(xué)實(shí)驗(yàn)融合成一個(gè)有機(jī)的整體，課程體系分為三個(gè)大的模塊。本項(xiàng)目虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與原有的實(shí)驗(yàn)體系配套，也分成三個(gè)部分：第一部分是化學(xué)基本操作訓(xùn)練，包括無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的所有基礎(chǔ)操作訓(xùn)練；第二部分是初步的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，包括無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，該部分只進(jìn)行單獨(dú)的綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，不進(jìn)行課程的交叉訓(xùn)練；第三部分是綜合三門(mén)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)的研究性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將涵蓋化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的所有訓(xùn)練內(nèi)容，以系列的研究性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練為主，按著科學(xué)研究的思路開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)，由幾個(gè)系列實(shí)驗(yàn)組成，從制備、合成、檢測(cè)、鑒定，到研究報(bào)告的書(shū)寫(xiě)、研究結(jié)論的歸納總結(jié)的諸多方面進(jìn)行訓(xùn)練。根據(jù)上述思路，我們按實(shí)驗(yàn)的難易程度分為三類：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)。

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括以下兩部分：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一：基本操作類如制備、分離、過(guò)濾、蒸發(fā)，重結(jié)晶以及容量、重量、含量分析等，主要訓(xùn)練學(xué)生在大學(xué)本科階段必須掌握的化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)技能技巧、物質(zhì)的鑒定、分析、分離與提純等方法。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)二：儀器類實(shí)驗(yàn)、基本參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，主要訓(xùn)練學(xué)生常用儀器的性能及操作方法，常規(guī)物理量和參數(shù)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理等

2.綜合實(shí)驗(yàn)。該層次實(shí)驗(yàn)主要以合成（含有機(jī)合成、無(wú)機(jī)合成等）為主線，輔之以各種分析與測(cè)量手段（大部分在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段已經(jīng)得到訓(xùn)練）。通過(guò)本階段的訓(xùn)練，學(xué)生一方面可學(xué)到新的合成技術(shù)，同時(shí)又可以利用階段掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能、儀器操作以及數(shù)據(jù)處理等方法，對(duì)合成的產(chǎn)品進(jìn)行分離提純、分析表征，并測(cè)量相關(guān)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)等，也就是開(kāi)展進(jìn)一步的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。這可以幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、強(qiáng)化前一階段已訓(xùn)練過(guò)的知識(shí)，進(jìn)一步規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作技能和技巧，避免了簡(jiǎn)單的重復(fù)；并可以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)和提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.探究性實(shí)驗(yàn)。該層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要來(lái)自教師的科研成果，學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)和興趣自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教材中只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求，學(xué)生必須通過(guò)查閱參考文獻(xiàn)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)指導(dǎo)老師審查通過(guò)后獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題盡可能自行解決。完全摒棄了在以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的“保姆式”教育，放手讓學(xué)生去設(shè)計(jì)、思考，獨(dú)立自主地解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到顯著提高。

三、基礎(chǔ)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)課程體系實(shí)踐——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄔ谲浖悬c(diǎn)擊相關(guān)按鈕查看）

1.了解間接碘量法的基本原理。

2.掌握間接碘量法的反應(yīng)條件和滴定條件。

3.學(xué)習(xí)用淀粉指示劑正確判斷終點(diǎn)的方法。

（二）實(shí)驗(yàn)原理（在軟件中點(diǎn)擊相關(guān)按鈕查看）

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)形象生動(dòng)，可激發(fā)學(xué)生探索學(xué)習(xí)的興趣。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的訓(xùn)練，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，可以在有限的時(shí)間內(nèi)，更好地訓(xùn)練學(xué)生的綜合運(yùn)用知識(shí)能力，使學(xué)生能夠更加靈活地掌握和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曼.創(chuàng)建基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的思考和建議[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2016，2（382）：59-60.

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Abstract：The basic chemical experiment is an essential part of chemical related professional skills training，but in the process of the experiment，some toxic chemical reagent is easy to cause harm to the student body，instrument improper operation is also easy to damage. Based on the calibration of the sodium thiosulfate solution preliminary explore the practical of virtual simulation lab.

Key words：basic chemistry；virtual simulation；the experimental teaching