虛擬實驗在初中化學教學中的運用

任春華

隨著科技的進步和信息技術的多樣化發展，虛擬實驗，借助多媒體和計算機等技術實現的一種仿真實驗被引進課堂。虛擬實驗與真實環境中完成實驗項目是一致的，所取得的效果甚至還要優于真實實驗。虛擬實驗在初中化學中的運用不僅豐富了教學內容和教學資源，更重要的是拓展了學生的學習空間，為他們的化學學習給予了有力補充。因此，初中化學教師在進行實驗教學時，可以在結合教學目標和要求的基礎上，借助虛擬實驗來展開教學，激發學生學習化學的興趣，幫他們開啟一扇新的化學大門。

一、借助虛擬實驗，克服實驗條件限制

一些化學知識點對實驗的要求比較高，并且不能夠在課堂上完成，教師只能用口頭講解的方式來進行教學，學生往往很難透徹地理解所有內容。這時候，如果運用虛擬實驗就能將無法完成的實驗用虛擬的形式展現出來。這種呈現方式克服了實驗條件的限制，幫助學生更清晰地理解了學科理論知識。

例如，在學習“二氧化碳”相關內容時，教師介紹了二氧化碳會引發“溫室效應”，但大家對“溫室效應”并不是很理解，也沒有見過，因此只能死記硬背。對于二氧化碳的性質，大家也是一知半解，究其原因是學生沒有真正理解“溫室效應”的原因。借助虛擬實驗，教師可以在空氣中增加二氧化碳，讓大家直觀地看到由于環境溫度上升所帶來的變化，如全球變暖等。大家也明白了氣溫的上升與空氣中二氧化碳的濃度有關，二氧化碳增多就像給地球蓋了一層被子，地球無法將熱量輻射出去，表面溫度自然會增高，逐漸就會變得如溫室一般。

此案例中，在虛擬實驗的幫助下，學生充分理解了“二氧化碳為什么會引起溫室效應”這一知識點，從而對二氧化碳知識有了更清晰、更徹底的認知。

二、借助虛擬實驗，避免化學實驗危險

1.降低實驗材料的危險性

在化學實驗中會涉及很多實驗材料，其中包括有毒性以及有腐蝕性的物品，具體實驗過程中，一旦出現操作失誤就會引發危險。在引入虛擬實驗之后，就能有效避免這種問題的出現。通過虛擬實驗既能夠為學生營造虛擬的實驗環境，也不需要使用真實的危險實驗物品，所有的實驗過程都由計算機模擬展開，可顯著降低危險實驗所帶來的危害性。與此同時，虛擬實驗環境下不需要使用任何耗材，既能夠有效避免化學試劑的浪費，也不會因此生成污染，有利于環保意識的滲透。

例如，傳統化學實驗中使用最為普遍的就是酒精燈，但是酒精本身就是一個最大的安全隱患。如果酒精溢出，遇火即燃，極有可能引發火災，形成安全隱患。在金屬燃燒實驗中，需要使用鐵絲在氧氣中進行燃燒。這一實驗過程中，鐵絲在蘸取酒精之后才能燃燒，一旦不慎，就有可能出現酒精翻灑，再加上氧氣會加速酒精的燃燒，引發不可挽回的嚴重后果。在引入虛擬實驗之后，就能規避這一弊端，不僅可以保護學生和環境，也確保了實驗過程的順利進行，可謂一舉多得。

2.降低實驗過程的危險性

很多化學實驗都存在較高的風險，特別是化學藥品的使用，不僅會危害學生的身體健康，還有可能引發更嚴重的后果。所以，在使用有毒、有腐蝕性的化學藥品或者是具體實驗過程有可能產生毒害物質時，教師需要特別留意。如果引入虛擬實驗必然可以顯著降低危險發生的可能性，不僅能夠使學生更直觀地觀察到完整的實驗過程，了解更直觀的實驗現象，而且顯著降低了實驗風險。當前，引入化學教學的很多教輔工具都能夠對具體的實驗過程進行模擬，在輔助化學教學的過程中都具有極其顯著的現實意義。

例如，在《酸堿鹽》教學中，具體的實驗過程會涉及強硫酸以及濃硫酸，不管是制取還是使用，都具有較高的危險，很容易對學生形成極大的傷害。引入虛擬實驗就能夠借助輔助工具完成實驗過程的架構和展現，模擬再現真實的實驗效果，使學生得以細致、全面的觀察。虛擬實驗的引入，不僅可以有效豐富化學實驗教學的形式和內容，也能夠有效降低風險發生的概率。除此之外，這些虛擬實驗的過程更逼真，現象也會更明顯，更易于學生觀察和理解。

三、借助虛擬實驗，提升化學實驗效果

1.讓實驗結果明顯化

伴隨著科學技術的持續發展，在某些方面，虛擬實驗已經遠遠超出真實實驗的功能，可以顯著提升化學實驗教學的效能。在初中化學實驗中，很多實驗現象并不明顯，一旦學生觀察不夠細致，就有可能稍縱即逝，難以實現深刻理解和掌握。

例如，在氧化還原反應相關知識的教學過程中，教師大都會使用一氧化碳還原氧化鐵或者氧化銅。然而，這一實驗現象并不明顯，而且會受制于其他各種因素，特別是氣溫、濕度以及實驗器材等都會進一步使實驗現象變得不清晰。在這樣的情況下僅僅依靠肉眼學生并不能實現全面細致的觀察。盡管教師精心準備了實驗，但是卻未能收獲預期的效果。因此，教師只能選擇口頭灌輸的方式，帶領學生回顧實驗過程，助其掌握實驗現象。顯然這一教學模式和原有的實驗教學初衷相背離，未能充分發揮實驗教學應有的價值。虛擬實驗的引入便可有效解決這一弊端，一方面可以強化實驗現象，另一方面也能夠有效避免其他外界因素對實驗現象所帶來的影響，使學生更清晰、更直觀地了解完整的實驗過程，掌握實驗現象，全面提升實驗教學的實效性。

仍然以“氧化還原反應”為例。可以在虛擬實驗室內創設一氧化碳還原氧化銅的實驗過程，還能夠對這一過程中的色彩進行調節，突出強調由之前的“黑色固體轉化為亮紅色固體”這一過程，聚焦學生注意。可以根據導管中氣泡冒出這一實驗現象輔以技術處理對其進行放大或者給定特寫，一方面可以幫助學生獲得更直觀的了解，另一方面又有助于加深記憶。

虛擬實驗的引入，能夠帶給學生更直觀、更清晰的實驗觀察，不僅有助于體現實驗教學應有的效能，也有助于提升初中化學的教學質量。

2.讓實驗過程簡短化

初中化學教學中，有些實驗現象需要很長時間才能表現出來，而且現象也不明顯，我們很難在課堂上看到實驗現象或結果，導致學生對實驗內容的理解非常淺顯。這時候，教師就可以利用虛擬實驗來調控實驗的條件和時間，將實驗結果和現象凸顯出來。這樣學生就能在短時間內看到實驗現象，強化了實驗教學的效果。

例如，在學習“鋁”的相關內容時，有一個最基本的實驗是鋁的氧化。由于鋁的氧化需要很長一段時間，在課堂上無法演示出來。教師借助虛擬實驗就能夠將鋁在空氣中被氧化的不同時間段的現象呈現出來。如第一天、第三天、第六天后分別是什么情形。學生通過觀察這三個階段鋁的表面變化情況，就會發現鋁在空氣中確實被氧化了，鋁的表面形成了氧化鋁，顏色失去了鋁的金屬光澤，而這層氧化鋁又可以作為保護膜，防止鋁的其他部位被氧化。通過這個虛擬實驗，大家對鋁的氧化現象和原理有了更直觀的認識，記憶起來也會更加深刻。

總之，虛擬實驗不僅能豐富化學教學課堂、拓展學生的視野、提高學生的整體素質，也能有效降低實驗資源的浪費，更是考核教師素質和學校軟實力的標準之一。不過，雖然虛擬實驗能夠輔助化學教學，但也不能盲目而為，需要靈活、恰當地運用，這樣才能將虛擬實驗的優勢更好地發揮出來，最大限度地為學生創造一個主動學習、高效學習的環境。

（作者單位：江蘇省張家港市常青藤實驗學校）

（責任編輯 曉寒）