淺析虛擬實驗平臺在初中化學教學中的應用

摘要：虛擬實驗是指在電腦設備上應用網絡與計算機技術模擬相關實驗過程的教學方式。在這種教學模式下，學生可以通過電子設備配備來進行操作，無需注重教師的操作流程，只需要在屏幕上觀察和操作即可。這種教學模式可以避免由于看不清教師操作而導致學習效果不佳的問題。本文首先分析了初中化學傳統實驗課堂教學的不足，闡述了虛擬實驗在初中化學實驗教學中的三大優勢：有效保證實驗安全性、提高課堂效率，以及減少資源浪費。隨后，概述了初中化學虛擬實驗平臺的功能，并探討了在初中化學實驗教學中應用虛擬實驗平臺的形式和策略。

關鍵詞：初中化學；實驗教學；虛擬實驗平臺；應用形式；應用策略

化學是一門自然科學，其基礎是實驗。在激發學生的探索欲望、提高學生學習興趣、培養學生實踐能力和創新精神方面，實驗占據了重要地位。但傳統初中化學實驗教學缺乏充足的實驗設備，導致學生無法熟練掌握化學實驗操作過程。原因在于無法給學生提供參與實驗操作的機會。

近年來，隨著網絡、計算機等先進技術的飛速發展，實驗教學領域的技術影響越來越凸顯，相應地產生了虛擬實驗平臺。該平臺能夠引導學生在實踐操作中參與，有效解決傳統實驗教學存在的問題。一方面，它能夠不斷提升學生的動手能力，另一方面，它能夠幫助學生獲取知識。

一、初中化學傳統實驗課堂教學中的不足

在傳統教學模式下，教師習慣性地先對理論與實驗原理進行講解，或在講解的過程中進行動手操作，目的是確保學生具備一定的操作基礎。但學生在這個過程中如果沒有清晰地看到教師的實驗操作流程，或者沒有看到教師的實驗操作，就很容易造成實驗操作錯誤或無法進行實驗操作，從而影響學習效果，甚至導致無法專心或用心學習，進而逐漸喪失學習化學的興趣[1]。同時，教師在正式使用前沒有檢查故障，教學器材的質量在實驗操作過程中也不可控，因此會在整個實驗過程中造成一定的安全隱患。

二、虛擬實驗在初中化學實驗教學中的優勢

（一）使實驗安全性得到有效保證

在傳統教學模式下，各種實驗相關安全事故時常發生。例如，如果學生錯誤理解操作步驟或沒有正確使用酒精，可能導致試驗臺起火。而在虛擬實驗課堂上，學生不需要擔心這些安全問題，因為在實驗操作失誤的情況下，他們只需要按動按鈕和鼠標進行操作。

（二）提升課堂效率

在傳統教學模式下，教室后排的學生距離講師講臺較遠。在這種影響下，很難觀察清楚教師的動作和操作流程，例如鐵在氧氣中燃燒的實驗。如果學生沒有清晰地看到教師的各個步驟，就無法準確操作，嚴重地影響了學習效果[2]。而應用虛擬實驗技術，則能夠有效解決這一問題，提高課堂學習效率。通過屏幕全面、仔細觀察整個實驗流程，學生能更好地理解和掌握實驗操作。

（三）對資源浪費進行避免

在通常情況下，初中化學實驗需要使用大量儀器和消耗大量化學藥品。引入虛擬實驗技術不僅可以大幅減少實驗材料的損耗，還能節約長期使用的設備成本。許多化學藥品長期使用可能對學生和教師的健康造成損害，因為它們在使用后可能會釋放有害氣體。采用虛擬實驗教學模式可以為學生提供一個安全、健康的實驗環境，這樣不僅有效保障了教師與學生的安全，還避免了上述問題的發生。

三、初中化學虛擬實驗平臺概述

在常規實驗室開展實驗教學活動的過程中，需要隨時隨地進行演示實驗或反復實驗，以清楚地講解實驗現象或原理。同時，實驗步驟難以完成、成本高、危險性大等問題也需要解決。為了有效解決這些問題，確保學生準確完整地進行實驗步驟，降低學校成本，同時保障教師和學生的安全，開發了初中化學虛擬實驗平臺，其中包括實驗儀器介紹、虛擬探究、演示實驗等多種步驟和實驗類型[3]。

虛擬實驗平臺的組成部分包括以下七項，功能各不相同：①素材庫。功能主要為實驗中應用提供有利條件；②構建工具。功能主要為有設計好的素材庫存在于這里，因此用戶要想將一套符合用戶需求的實驗裝置構建起來，僅需將素材組裝起來，在此過程中嚴格依據知識庫要求，且具有快捷、方便的整個構建過程；③編輯工具。功能主要為從平臺導出課件使用或在平臺保存可見，為學生學習提供便利；④方針工具。功能主要為依據實驗規律將實驗工具自動生成，完全類似于實際操作中使用的實驗工具；⑤輔助工具。功能主要為輔助實驗，途徑為將用戶所需的輔助工具提供出來，從而將有利條件提供給學生學習；⑥同步實驗。功能主要為使大綱要求得到有效滿足，且是模擬實驗，模擬操作一方面具有較高的安全性，另一方面基本類似于實際操作，目的為指導學生與教師；⑦交互實驗。在遠程交互實驗中，有很多核心技術，其中交互實驗是核心技術，用戶可以依據自身需求登錄平臺一同進行遠程實驗操作。要想使時間與空間的交互得到真正實現，就必須在網絡上將該平臺連接起來。

虛擬實驗平臺采用各種技術，有效解決了常規實驗條件下難以克服的問題，從而獲得了更理想的教學效果。該平臺涵蓋了主流教材中所有探究性、分組和演示實驗，與教材大綱相符合，確保了教學目標的有效實現。此外，它提供了能夠動態調整實驗參數的虛擬環境，以及對實驗步驟進行精確控制的虛擬環境。這些特性不僅滿足了嚴格的實驗要求，而且保證了實驗的順利進行。在協同虛擬環境技術的支持下，平臺還能實現協同研究、遠程和合作實驗，顯著提升了教學效果。操作簡便是虛擬實驗平臺的另一大特點，用戶只需按照實驗步驟逐步點擊鼠標即可[4]。例如，要觀看某個實驗演示內容，只需在菜單欄中選擇“同步實驗”，接著點擊“演示實驗”，然后選擇相應的年級和實驗項目，如“九年級上冊”的“分解過氧化氫制備氧氣演示實驗”。在新課程改革背景下，將初中化學教學與信息技術整合是發展的必然趨勢。為了最大化這種整合的效果，我們應該根據實際需求合理應用虛擬實驗平臺。

四、虛擬實驗平臺在初中化學實驗教學中的應用形式和策略

（一）以多媒體黑板形式融入實驗教學

初中化學實驗教學具有特殊性，一些意想不到的狀況極易在化學課堂教學過程中出現，給教師與學生帶來較大恐慌，特別是在對學生探究能力進行培養的環境下。此時此刻學生具有較為專注的精神、較為活躍的思維。通常情況下能夠積極發揮主觀能動性，將一系列教學設計以外的問題尋找出來。如果合適的分析與直觀展示工具缺乏，教師就無法在工具輔助下有效教學，無法用常規手段將學生提出的問題展示出來或有效解釋。而虛擬實驗平臺則能夠將這一問題有效解決，其具有極為方便快捷的操作，能夠使學生對實驗過程與結果進行直觀地觀察，將理想的教學效果獲取過來。

（二）以課件形式融入課堂教學

在化學教學中，虛擬實驗平臺的目的是在各種教學資源支持下構建教學環境。在此過程中，將各種技術手段綜合利用起來，并將合適的課程資源靈活選取出來，在此過程中嚴格依據課堂發展變化，從而使最優化的教學得以實現。而虛擬實驗平臺一方面具有強大的演示功能，能夠將實驗裝置與儀器形象、直觀地展示出來，另一方面還能夠依據課堂教學內容對多種豐富的教學資源進行整合來將課件制作出來，在制作化學學科教學課件中極為適用。

基于此，在平臺以課件形式在課堂教學融入過程中應該給予以下幾個方面以充分重視。①在應用課件的策略方面，將學生解決與探究問題的能力逐漸培養起來；②在應用課件的時機方面，首先應該要直接用形象展示的方式將學生理解教學內容的過程取代這一現象進行嚴格避免，途徑為將一些思考的時間提供給學生，同時還應該對課件和其他教學環節之間的相關性處理好；③在對課件進行制作過程中在選擇使用平臺的必要性方面，應該盡可能以直觀形象的方式來將教學內容呈現出來，途徑為在平臺輔助下將一系列化學情景創建出來。在制作課件的過程中，用Powerpoint這一傳統的課件制作工具無法使教學需求得到有效滿足，原因為其無法將三維分子模型有效展示出來，也無法將電子式等有效展示出來，而將虛擬實驗平臺選取出來就能夠將這些有效展示出來，從而將這一系列問題有效解決。當然，不一定要對虛擬實驗平臺進行應用，如果傳統方式或其他媒介也能夠將這些難題解決的話。

（三）作為學生解決問題的支持工具

依據問題性質，虛擬實驗平臺可以分為以下幾種類型：①活動型，支持表現為學生在對化學實際問題進行解決的過程中將所學的基礎技能與知識充分利用起來的能力；②驗證型，支持表現為驗證化學規律與其反應的化學現象之間的相關性，在此過程中將出發點設定為學生所學的化學規律與原理，從而對學生理解化學規律與原理的力度進行強化；③感知型，支持表現為將虛擬實驗平臺的一些功能充分利用起來進行輔助教學，將化學學習過程中遇到的用黑板、掛圖等很難展示的分子立體模型等問題解決掉，一方面使學生將充分的直觀性認知機會獲取過來，另一方面使微觀現象無法展現的缺憾得到有效滿足；④訓練型，支持表現為學生在對化學基本實驗操作技能與方法進行掌握的過程中將虛擬化學實驗作為一個平臺，通過隨時隨地、反復練習實驗操作；⑤探索型，支持表現為通過對一些相似或相同實驗中的化學規律進行模擬與探索，在此過程中將出發點設定為學生已經掌握的化學規律，將學生科學探究與思維能力培養起來[5]。

（四）作為學生自主探究式學習的支持媒介

虛擬實驗平臺能夠將指導與知識資源支持提供給學生，幫助他們在課堂內和課外進行自主、探索、發現式學習。這是因為平臺集合了初中化學課本中的所有實驗。虛擬實驗平臺具有可控性和交互性。教師可以引導學生進行探索類和驗證類實驗操作，驗證他們提出的化學假設。在這個過程中，已有的化學藥品和儀器被視作基礎設定，相應的規律也被描述出來。通過充分利用化學語言，學生可以實現探究式學習。虛擬實驗平臺一方面培養學生的觀察和思維能力，另一方面以簡潔的形式直觀展示化學現象和原理，激發學生對化學知識深入探究的興趣。

總而言之，在傳統教學模式下，教師習慣性地先對理論與實驗原理進行講解，再進行動手操作，目的是確保學生具備一定的操作基礎。但如果在此過程中，學生未能清晰地看到教師的實驗操作流程，就很容易出錯或無法正確進行實驗操作，這會影響學習效果，甚至導致學生失去對學習化學的興趣。

為了避免和解決化學實驗教學中的各種問題，教師可以運用虛擬實驗平臺。這樣一來，既能有效避免操作危險和資源浪費問題，又能大幅提升教學效果，提高學習效率和質量。同時，我們也應準確認識到虛擬實驗平臺在初中化學實驗教學中的輔助作用，避免將其優勢轉化為劣勢，盡量減少不必要的錯誤。學生是初中化學實驗教學過程中的主體，虛擬實驗平臺能幫助他們有效掌握知識，實現理想的實驗教學效果，為培養有探索精神和創新思維的新時代化學人才打下堅實的基礎。

五、結束語

綜上所述，虛擬實驗平臺是一種極具實用價值的化學教學輔助工具。在化學實驗教學中，它能夠為學生提供全方位、實時的視覺體驗，以及更加真實的實驗操作環境。此外，它還是一種能夠有效避免教學過程中的安全問題和資源浪費的新型教學方式。教師要充分認識到虛擬實驗平臺在初中化學教育中的重要性，積極引入其使用，用其為學生提供更加豐富和全面的實驗教學體驗，從而更好地培養出合格的化學人才。

參考文獻

[1]肖微.初中化學虛擬實驗平臺在教學中的應用形式與策略[J].基礎教育參考，2019（5）：44-45.

[2]凌岸友.“國家中小學智慧教育平臺”在初中化學教學中的應用[J].廣西教育，2023（25）：71-73.

[3]黃輝.“互聯網+”背景下初中化學教學創新研究[J].互動軟件，2022（7）：3321-3322.

[4]劉夢鑫，武晉雄，宋劍斌等.NOBOOK虛擬實驗室在初中化學教學中的應用與探索——以“質量守恒定律”教學設計為例[J].教育進展，2021，11（6）：2327-2334.

[5]詹天.基于NOBOOK虛擬實驗室技術的初中化學混合教學模式探究[J].理科考試研究（初中版），2022，29（7）：58-60.