初中化學(xué)虛擬實驗的設(shè)計及應(yīng)用研究

王美紅

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和信息多樣化的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)在越來越多的領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用，人們也逐漸離不開這些高科技，虛擬實驗便是借助多媒體和計算機(jī)等技術(shù)實現(xiàn)的一種仿真實驗被引進(jìn)課堂，尤其是初中化學(xué)教學(xué)中后，獲得了顯著的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);虛擬實驗;設(shè)計及應(yīng)用

化學(xué)是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)階段最主要的基礎(chǔ)科目之一，初中則連接小學(xué)與高中，是九年義務(wù)教育的最后階段，也是人生重要的分水嶺，初中學(xué)生正處青春叛逆期，心理和身體各項機(jī)能發(fā)育尚不完全，特別容易浮躁，化學(xué)作為理工學(xué)科較之人文學(xué)科更容易枯燥，初中生又是剛剛開始接觸，因此，若是課堂設(shè)計枯燥乏味，則使得學(xué)生上課沒有積極性，也不利于對教材的正確理解，由此可見，如何調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計中的重要內(nèi)容。通過在初中化學(xué)教學(xué)中增加虛擬實驗的設(shè)計，能有效地調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，從而增加對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提高對教材中內(nèi)容的理解。

一、虛擬實驗

（一）基本定義

虛擬實驗，顧名思義，是依托虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實驗，虛擬內(nèi)容包含實驗環(huán)境、實驗儀器、實驗設(shè)備、實驗對象和信息資源等，對實驗所需要的條件和實驗過程進(jìn)行模擬，從而達(dá)到實驗?zāi)康模^之傳統(tǒng)實驗方法，虛擬實驗有無可比擬的優(yōu)越性，除了成本低、操作性強、節(jié)省資源之外，也更直觀、更安全可靠，在科研和教育中有十分廣泛的應(yīng)用，并獲得一致好評。虛擬實驗一般分虛擬實驗操作練習(xí)、替代實物實驗室、實物實驗后進(jìn)行分析三種類型。

（二）虛擬實驗在初中化學(xué)教學(xué)中的意義

《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中倡導(dǎo)化學(xué)教學(xué)應(yīng)多采用以科學(xué)探究為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，強化評價的診斷、激勵與發(fā)展功能。傳統(tǒng)的初中化學(xué)教學(xué)方法并不能滿足現(xiàn)代教學(xué)內(nèi)容，也無法達(dá)到《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中對教師以及學(xué)生的要求，教學(xué)效果并不十分理想，因此，初中化學(xué)課堂中，虛擬實驗的設(shè)計及應(yīng)用顯得十分必要。

二、初中化學(xué)虛擬實驗的設(shè)計及應(yīng)用

（一）初中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

隨著教育改革的逐漸深化，初中教育漸漸從重理論知識與技能到重創(chuàng)新與素質(zhì)培養(yǎng)，化學(xué)實驗也相應(yīng)地得到更多的重視，成為初中化學(xué)教學(xué)中不可獲取的部分。從目前的情況來看，初中化學(xué)實驗教學(xué)雖然取得了一定成績，但從總體上來說，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果還不盡如人意。主要存在一些問題，實驗教學(xué)安排較少，甚至成為擺設(shè)，主要是因為實驗環(huán)境、實驗設(shè)備、實驗儀器等受到限制，教師無法正常開展有效的實驗教學(xué)，因而采取了老舊的、以教師為主導(dǎo)，的授課模式，從而把生動的化學(xué)實驗課變成枯燥、僵化的演講，不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。學(xué)生缺乏明顯的學(xué)習(xí)動機(jī)，化學(xué)實驗教學(xué)受到挑戰(zhàn)。虛擬實驗的引進(jìn)有效地解決了這些問題，虛擬實驗不受環(huán)境、設(shè)備、儀器甚至實驗對象的限制，使得化學(xué)實驗在時間和空間上獲得更大的選擇余地，讓初中化學(xué)實驗教學(xué)變得更為靈活生動。

（二）初中化學(xué)虛擬實驗的應(yīng)用實例

案例一：高錳酸鉀制取氧氣

①利用多媒體組織學(xué)生觀看虛擬實驗室的實驗操作

②在虛擬教室中簡單講解實驗原理和實驗步驟

③進(jìn)入虛擬實驗室，向?qū)W生展示所需要的實驗設(shè)備、工具和材料等

④點擊進(jìn)行實驗

⑤學(xué)生利用計算機(jī)自主進(jìn)行虛擬實驗，觀察現(xiàn)象

⑥教師更換條件或者實驗劑量，讓學(xué)生再次進(jìn)行虛擬實驗，觀察現(xiàn)象并進(jìn)行思考

⑦教師和學(xué)生針對虛擬實驗進(jìn)行交流和討論

⑧教師進(jìn)行總結(jié)

（三）初中化學(xué)應(yīng)用虛擬實驗的優(yōu)點

1.降低實驗風(fēng)險，安全可靠

化學(xué)實驗是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗，在實驗過程中，任何一項不起眼的因素都有可能造成實驗的失敗，而且化學(xué)式樣中涉及到的化學(xué)物品在不同程度上具有危險性，因此需要實驗人員在實驗過程中秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯褚?guī)范地操作。但在初中化學(xué)實驗教學(xué)時，難免需要學(xué)生自己動手操作，如何使用實物實驗，如何保證學(xué)生的安全，一直成為初中化學(xué)老師頭疼的問題。虛擬實驗則大大降低了實驗的風(fēng)險，在虛擬空間中進(jìn)行實驗操作，操作過程更為精準(zhǔn)也更加安全可靠。

2.提高學(xué)生知識，簡單便捷

虛擬實驗具有人性化的設(shè)計，給予學(xué)生更多的操作空間，并且在實驗過程中，教師可以根據(jù)改變條件讓學(xué)生了解在不同的實驗條件下可能出現(xiàn)不同的實驗現(xiàn)象，虛擬實驗的時間短，為課堂節(jié)省不少時間，又方便操作，大大提高了學(xué)生的知識和初中化學(xué)實驗課的效率。

3.減少資源浪費，節(jié)約環(huán)保

實物實驗中，無論什么實驗都是耗材的一個過程，化學(xué)實驗由于對條件、器材、劑量要求的苛刻，不僅很容易造成浪費資源，又沒有達(dá)到實驗?zāi)康牡慕Y(jié)果。虛擬實驗完全依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)行仿真實驗，降低資源浪費的同時也節(jié)省了學(xué)校的開支，并且實驗過程中不會產(chǎn)生廢棄物，十分的環(huán)保。

隨著上世紀(jì)末的改革開放，中國社會發(fā)生深刻的變革，除了在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，當(dāng)代教育領(lǐng)域也受到了改革春風(fēng)的影響，《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》對初中化學(xué)教育提出了新的要求，意味著傳統(tǒng)的教學(xué)方式需要轉(zhuǎn)變，虛擬實驗是結(jié)合現(xiàn)代科技與新課標(biāo)的較為理想的教學(xué)方式，已經(jīng)得到一定程度上的應(yīng)用，虛擬實驗不僅能豐富化學(xué)教學(xué)課堂，拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的整體素質(zhì)，也能有效降低實驗資源的浪費，更將成為考核教師素質(zhì)和學(xué)校軟實力的標(biāo)準(zhǔn)之一。

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