虚拟仿真实验在化学实验教学的利与弊

虚拟仿真实验在化学实验教学的利与弊

摘要:化学实验教学是化学理论教学的基础,虚拟仿真化学实验的引入促进了绿色化学实验教学改革的进程,结合我校基础化学实验虚拟仿真实验的实践经验,对虚拟仿真化学实验在实验教学中的利与弊进行了阐述。

关键词:虚拟仿真实验;实验教学;利与弊

2013年教育部《关于开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》,由此开启了我国虚拟仿真实验的研究之门。与传统化学实验相比,虚拟仿真实验有诸多的优势,如:可以节省昂贵实验试剂及仪器设备采买的费用,节省实验室用地的开支,尤其可以规避污染实验对环境的危害,同时降低危险化学实验的风险,有利于学生创新实验的设计。但是与真实实验场景相比,虚拟实验最大的弊端在于有些实验环节与实际情况脱节,导致虚拟与现实的差别。依据我校在基础化学实验中虚拟仿真实验的实践情况,在此阐述虚拟仿真实验在我校基础化学实验教学中的利与弊

1虚拟仿真实验在基础化学实验教学中的有利之处

化学学科的发展离不开化学实验,无机、分析、有机及物化实验课程是我校应用化学和科学教育专业要开设的基础化学实验课程,由于学校地处杭州市小和山风景区,对环保要求很高,凡是涉及到污染较大及危险化学实验都难以开设,为完成化学实验教学计划有段时间不得以借用其它学校的实验室来完成相应的基础实验教学计划,引入虚拟仿真实验平台对我校的基础化学实验是有很大的利处的。

1.1利用虚拟仿真实验的实验预习系统,提高基础化学实验的教学效率

目前实验课的教学方式通常采用“课前预习-课堂实验-课后报告”的形式。为防止安全事故发生及高效率进行实验,实验预习环节是非常重要的。由于学生平时实验预习处于无人督促状态,一些自律性较差的学生根本不预习,进入实验室进行实验时处于被动进行状态,学生通常是看着教材被动进行操作,有时由于仪器数量不足,学生仪器缺乏实验草草收场也时有发生,达不到应有的实验教学目的。引入虚拟仿真实验后,某些实验我们先让学生通过虚拟仿真教学平台进行预习和演练,对实验的原理及操作要领提前感知,实践表明实验的教学效率得到充分地提高。

1.2依托虚拟仿真实验体系,构建以“虚”为主的实验教学内容体系

构建的重要原则以实验仪器不足、有废液及毒气体排放和危险性实验引入到虚拟仿真实验体系为依据。各门基础课程以此为引导进行实验内容的重新组合。例如无机化学实验中[Co(NH3)6]Cl3的制备实验要用到浓盐酸,氨水等污染较大,组成分析实验仪器较多,所以引入到虚拟仿真实验体系来进行。改进后,可以完成正常的教学计划,同时也达到了实验目的。这样的改革,有利于降低化学实验带来的环境污染,实现绿色化学实验教学的理念。

1.3利用虚拟仿真实验教学平台,实时对学生化学实验效果进行考核

学生进入虚拟仿真实验室。教学由实验考核、师生互动的课堂讨论环节进行。在完整的操作步骤提示下,学生进入虚拟考核操作模式,教师可以及时获得学生的实验成绩。及时了解到实验情况,及时掌握学生在实验中遇到的问题,通过虚拟实验平台有效与参与实验的所有学生互动,共同讨论问题。这种实验教学方式可以有效调动学生参与实验讨论的积极性和主动性,有效培育学生的创新思维。

2虚拟仿真实验的教学中的弊端

我校引入的虚拟仿真化学实验目前是由两种方式展示,一种是按标准化实验模式,以实验操作模块的方式构架实验的每个单元,学生按照提示只需点击鼠标可以轻松快捷地完成整个实验,整个过程需按照预习设计好的程序来完成,如果违反就难以进行实验,另一种是在实验原理操作示范模板的提示下,学生自己按照需求构建自己的实验装置,自主完成整个实验,但存在仪器实验要求对接与现实脱节的矛盾,设计将教学设计、流程等进行经验总结,形成系统化、规范化“虚-实”互动的新实验教学模式。因此虚拟仿真实验在化学实验教学中存在如下弊端。

2.1虚拟仿真实验过程与真实实验过程存在差异

在虚拟仿真化学实验过程设计中,所有的实验单元展示都是理想状态的,真实的化学实验教学中,实际的实验操作受到实验场地、仪器设备、试剂规格等的影响,有些实验过程是可以变化的。例如我们分析化学实验中有一个铅、鉍混合液连续滴定的虚拟仿真实验,整个实验是以理想的实验单元环节通过鼠标操作来完成的,程序是设定好的,一步都不差,学生完成整个实验,只需耗时半小时,而在实际进行实验时间会长的多,如存在滴定管等仪器的调试等,还有就是存在试剂的问题等有些实验过程等都是可变的。如果所有实验都以虚拟仿真实验替代,会导致学生对真实化学实验的认知欠缺,导致学生在未来化学职业生涯中,由于缺乏真实的实验操作经验,对实际工作产生不利影响。

2.2虚拟仿真化学实验仪器和传统化学实验仪器存在差异

与真实化学实验相比,虚拟化学实验是完全程序化的。在虚拟实验场景里,如果学生的实验操作每按设定程序进行时,会有提示窗口弹出,指出实验操作中存在的错误。真实的化学实验操作时,学生首先要掌握实验中要用到的各种仪器的规范操作和使用方法,比如说滴定管洗涤及规范操作操作方法等。如果我们完全依赖虚拟仿真实验来完成基础化学实验教学,将来学生脑海里只有虚拟实验的经验,到真实的实验环境中反而存在陌生感,面对真实的实验仪器,不会使用,不利于以后自行进行创新设计化学实验的真实实施及成果展示。

3结语

通过我校在基础化学实验课中虚拟仿真化学实验的实践,我们真实地体会到了虚拟仿真实验带来的有利之处,同时也深切感受到了虚拟实验带来的弊端。为了更好地搞好基础化学实验教学,未来我们会以虚拟仿真实验为辅助实验教学平台,真实实验为主导有效提高我校的基础化学实验教学效果,相信随着虚拟化学实验技术发展和完善,虚拟仿真化学实验会有更多的优势让我们共享,在虚-实交互的基础化学实验教学模式下,会培养出更多符合未来社会需求的化学人才,使我校的基础化学实验教学改革更上一个台阶。

参考文献

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作者:张雄 王莉 单位:浙江外国语学院跨境电子商务学院