淺談虛擬仿真實驗在基礎化學實驗教學中的利與弊

張 雄，王 莉

(浙江外國語學院跨境電子商務學院 科學技術學院，浙江 杭州 310023)

2013年教育部《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》，由此開啟了我國虛擬仿真實驗的研究之門。與傳統化學實驗相比，虛擬仿真實驗有諸多的優勢，如：可以節省昂貴實驗試劑及儀器設備采買的費用，節省實驗室用地的開支，尤其可以規避污染實驗對環境的危害，同時降低危險化學實驗的風險，有利于學生創新實驗的設計。但是與真實實驗場景相比，虛擬實驗最大的弊端在于有些實驗環節與實際情況脫節，導致虛擬與現實的差別。依據我校在基礎化學實驗中虛擬仿真實驗的實踐情況，在此闡述虛擬仿真實驗在我校基礎化學實驗教學中的利與弊

1 虛擬仿真實驗在基礎化學實驗教學中的有利之處

化學學科的發展離不開化學實驗，無機、分析、有機及物化實驗課程是我校應用化學和科學教育專業要開設的基礎化學實驗課程，由于學校地處杭州市小和山風景區，對環保要求很高，凡是涉及到污染較大及危險化學實驗都難以開設，為完成化學實驗教學計劃有段時間不得以借用其它學校的實驗室來完成相應的基礎實驗教學計劃，引入虛擬仿真實驗平臺對我校的基礎化學實驗是有很大的利處的。

1.1 利用虛擬仿真實驗的實驗預習系統，提高基礎化學實驗的教學效率

目前實驗課的教學方式通常采用“課前預習-課堂實驗-課后報告” 的形式。為防止安全事故發生及高效率進行實驗，實驗預習環節是非常重要的。由于學生平時實驗預習處于無人督促狀態，一些自律性較差的學生根本不預習，進入實驗室進行實驗時處于被動進行狀態，學生通常是看著教材被動進行操作，有時由于儀器數量不足，學生儀器缺乏實驗草草收場也時有發生，達不到應有的實驗教學目的。引入虛擬仿真實驗后，某些實驗我們先讓學生通過虛擬仿真教學平臺進行預習和演練，對實驗的原理及操作要領提前感知，實踐表明實驗的教學效率得到充分地提高。

1.2 依托虛擬仿真實驗體系，構建以“虛”為主的實驗教學內容體系

構建的重要原則以實驗儀器不足、有廢液及毒氣體排放和危險性實驗引入到虛擬仿真實驗體系為依據。各門基礎課程以此為引導進行實驗內容的重新組合。例如無機化學實驗中[Co(NH3)6]Cl3的制備實驗要用到濃鹽酸，氨水等污染較大，組成分析實驗儀器較多，所以引入到虛擬仿真實驗體系來進行。改進后，可以完成正常的教學計劃，同時也達到了實驗目的。這樣的改革，有利于降低化學實驗帶來的環境污染，實現綠色化學實驗教學的理念。

1.3 利用虛擬仿真實驗教學平臺，實時對學生化學實驗效果進行考核

學生進入虛擬仿真實驗室。教學由實驗考核、師生互動的課堂討論環節進行。在完整的操作步驟提示下，學生進入虛擬考核操作模式，教師可以及時獲得學生的實驗成績。及時了解到實驗情況，及時掌握學生在實驗中遇到的問題，通過虛擬實驗平臺有效與參與實驗的所有學生互動，共同討論問題。這種實驗教學方式可以有效調動學生參與實驗討論的積極性和主動性，有效培育學生的創新思維。

2 虛擬仿真實驗的教學中的弊端

我校引入的虛擬仿真化學實驗目前是由兩種方式展示，一種是按標準化實驗模式，以實驗操作模塊的方式構架實驗的每個單元，學生按照提示只需點擊鼠標可以輕松快捷地完成整個實驗，整個過程需按照預習設計好的程序來完成，如果違反就難以進行實驗，另一種是在實驗原理操作示范模板的提示下，學生自己按照需求構建自己的實驗裝置，自主完成整個實驗，但存在儀器實驗要求對接與現實脫節的矛盾，設計將教學設計、流程等進行經驗總結，形成系統化、規范化“虛-實”互動的新實驗教學模式。因此虛擬仿真實驗在化學實驗教學中存在如下弊端。

2.1 虛擬仿真實驗過程與真實實驗過程存在差異

在虛擬仿真化學實驗過程設計中，所有的實驗單元展示都是理想狀態的，真實的化學實驗教學中，實際的實驗操作受到實驗場地、儀器設備、試劑規格等的影響，有些實驗過程是可以變化的。例如我們分析化學實驗中有一個鉛、鉍混合液連續滴定的虛擬仿真實驗，整個實驗是以理想的實驗單元環節通過鼠標操作來完成的，程序是設定好的，一步都不差，學生完成整個實驗，只需耗時半小時，而在實際進行實驗時間會長的多，如存在滴定管等儀器的調試等，還有就是存在試劑的問題等有些實驗過程等都是可變的。如果所有實驗都以虛擬仿真實驗替代，會導致學生對真實化學實驗的認知欠缺，導致學生在未來化學職業生涯中，由于缺乏真實的實驗操作經驗，對實際工作產生不利影響。

2.2 虛擬仿真化學實驗儀器和傳統化學實驗儀器存在差異

與真實化學實驗相比，虛擬化學實驗是完全程序化的。在虛擬實驗場景里，如果學生的實驗操作每按設定程序進行時，會有提示窗口彈出，指出實驗操作中存在的錯誤。真實的化學實驗操作時，學生首先要掌握實驗中要用到的各種儀器的規范操作和使用方法，比如說滴定管洗滌及規范操作操作方法等。如果我們完全依賴虛擬仿真實驗來完成基礎化學實驗教學，將來學生腦海里只有虛擬實驗的經驗，到真實的實驗環境中反而存在陌生感，面對真實的實驗儀器，不會使用，不利于以后自行進行創新設計化學實驗的真實實施及成果展示。

3 結語

通過我校在基礎化學實驗課中虛擬仿真化學實驗的實踐，我們真實地體會到了虛擬仿真實驗帶來的有利之處，同時也深切感受到了虛擬實驗帶來的弊端。為了更好地搞好基礎化學實驗教學，未來我們會以虛擬仿真實驗為輔助實驗教學平臺，真實實驗為主導有效提高我校的基礎化學實驗教學效果，相信隨著虛擬化學實驗技術發展和完善，虛擬仿真化學實驗會有更多的優勢讓我們共享，在虛-實交互的基礎化學實驗教學模式下，會培養出更多符合未來社會需求的化學人才，使我校的基礎化學實驗教學改革更上一個臺階。