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摘 要

在现代社会中，随着教育的重视程度加深，教学方法及手段越来越多样化，化学教育也越发重视化学教育水平的提高。与其他语言类及艺术类等科目不同，化学作为科学类科目，需要通过以化学实验来进行，也就是说，化学教学是离不开实验教学的，化学实验教学的优劣程度决定着化学教学的成功与否。目前的化学实验教学中绝大部分以传统的实验室教学为主。由于虚拟技术的迅猛发展，虚拟技术在化学教学中得到了愈来愈多的应用，虚拟实验也成为化学实验教学的一部分，本文将系统地介绍虚拟实验在化学教学中的应用。

关键词：虚拟技术，虚拟实验，化学实验，化学教学

Abstract：In modern society, with the increasing emphasis on education, more and more diversified teaching methods and means, chemical education also pays more attention to the improvement of the level of chemical education. Unlike other language and art subjects, chemistry as a science subject needs to be carried out through chemical experiments. That is to say, chemical teaching is inseparable from experimental teaching. The quality of chemical experimental teaching determines the success of chemical teaching. At present, most of the chemical experiment teaching is based on traditional laboratory teaching. With the rapid development of virtual technology, virtual technology has been applied more and more in chemistry teaching. Virtual experiment has become a part of chemical experiment teaching. This paper will introduce the application of virtual experiment in chemistry teaching systematically.

Keywords: virtual technology; virtual experiment; chemical experiment; chemistry teaching

目 录

1 引言 6

2 探究部分 7

2.1进行化学实验的教学中出现的短板 7

2.2虚拟实验的特点 8

2.3虚拟实验于化学实验教学中的应用方式 9

2.4虚拟实验应用于化学教育的局限性 10

2.5虚拟实验教学实行过程中的注意事项 11

3 结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 引言

虚拟技术是利用计算机的实体资源来创设出人为的模拟环境，以实生虚，而虚拟实验就是一个利用虚拟技术来营造出一个实验环境，又称电子实验和动态体验，包括实验的过程的操作以及实验的相关具体内容^[1]。虚拟实验通过虚拟技术借助计算机实现模拟实验与现实结合，从而达到模拟实验的教学效果。模拟实验以模拟使用数学或逻辑模型来重现一种情况或现象，它允许学生控制被研究现象的动态元素的交互性。当模拟使用低水平的交互性时，学生可以控制其教学节奏。这使他们在进行下一个部分之前能够理解现在所处的一个部分。通过高水平的交互性，学生可以控制模拟的行为。因此，学生可以在接触结果(因变量)之前输入信息(自变量)来建立一个系统，如酸碱系统^[2]。因此，结果是他们决策的结果，可以表示为口头或数学陈述、静态可视化或动态可视化。模拟的目标可能包括帮助学生准确估计各种结果的可能性；故意使他们的注意力集中在现实的一个方面，而牺牲其他方面；帮助学生了解一个系统如何工作，改变每个变量的值，然后运行模拟。这三个目标的结合使学生能够对系统的行为做出预测，并获得关于系统如何工作的反馈。当学生得到适当的教学支持时，他们可以使用适当设计的模拟来发现科学概念。如果有大量的支持来引导学生，那么模拟的重点就是引导发现方法。相反，当很少提供支持时，模拟实验设计允许学生在纯发现方法中自由学习。

化学这门学科其实对于学生来讲是一个比较难以理解的话题，其中部分原因是因为化学要求学生能够抽象地思考原子、分子和离子的行为和相互作用。这些抽象的微粒水平知识仅仅是通过宏观的传统实验室实验是无法很好的帮助教师进行这方面的教学，从而导致学生也不能够很好的进行微粒水平这方面知识内容的吸收，解决这一问题虚拟技术发挥其作用价值。虚拟技术应用于实验演变为虚拟实验，从而将这些抽象的微观理论知识达到可视化水平，不仅仅是一种平面静态可视化，最主要的是动态可视化，因为学生实际上是可以看到这些微粒，而动态可视化则可以帮助学生来理解这些微粒之间在发生反应的时候是如何相互作用的以及随着时间的发展是如何变化的^[3]。大多数为化学教学而设计的可视化包括原子、分子和离子及其相互作用的描述，或者是静态图像，或者是动态可视化，包括动画和模拟。颗粒可视化包括静态或动态，在化学课堂上的一个优势在于，它们能够为学生提供对化学颗粒的行为和相互作用的看法，而这些看法往往是抽象的，学生很难自己生成。因此，这些可视化有助于使原子、分子和离子的抽象交互作用更加具体，并可以降低化学学生的认知负荷。此外，在适当的指导下，这些视觉可以帮助学生在宏观、微观和符号表征之间建立一个桥梁，保持联系，这样可以使学生在学习化学知识的时候产生更为科学的概念。因为有许多的化学概念要求学生了解化学系统如何随时间变化，例如，反应物与生成物、气体定律实验前后、平衡反应等，因此展示动态的视觉效果对学生特别有帮助。虚拟实验教学通常对学习科学的学生很有用，但如果课程不涉及可视化、运动或轨迹，则会分散甚至是减少学生的学习注意力。虚拟实验虽然将实验进行模拟化，但是虚拟实验依旧是可以被看作是以学生为中心的教学形式或手段，这样可以支持学生学习，因为他们发展了对化学主题的概念理解。

虚拟技术在国外的发展十分迅猛，美国是虚拟技术出生的摇篮，欧洲的一些发达国家也重视虚拟技术的发展，例如英国的布里斯托尔公司以及ARRL公司将其应用于整体综合技术上^[4]。日本在虚拟技术这方面的水平在世界这方面的领域也占有一席之地，日本技术学院利用虚拟技术研究出一个人性化界面用于建立三维模型。国内的虚拟技术水平虽然较一些发达国家的发展水平有一些差距，但是随着时代的飞速发展，科学技术水平的不断提高，虚拟技术研究也得到了国内科学研究人员的注意以及重视，同时国家也采取一系列政策，2018年教育部将“国家虚拟仿真实验教学项目” 纳入“十三五” 期间中央高校教育教学改革专项。国家对其加大经费的投入，加大建设的力度，加强对虚拟实验教学项目建设工作的领导，加快机制的发展创新，持续不断地提高实验教学的质量，进一步促进教育的内涵式发展。现如今，虚拟技术已经渗透于教育教学中，虚拟技术的发展带给我们的作用的越发的不可以忽视。本文就化学实验教学以虚拟实验技术应用进行了深层次的探索与剖析。

2 探究部分

2.1进行化学实验的教学中出现的短板

（1）化学实验教学所需经常费用的问题。教育者在进行化学实验的教学过程中,数量较多的价格较为贵重的实验器材和实验药品,因为其所消耗的费用较高，教师和学生受到价格因素的影响而没有办法得到大面积的普及实践。这个问题是值得学校思考以及采取合理的措施进行解决的。

(2)化学实验教学的组织问题。在实验教学的课堂上，老师对集体学生进行实验组织，有时候会因为人数较多，学生会因为化学器材以及化学药品而产生兴奋情绪，这样会导致教师不太有精力来维护教学秩序以及实验安全问题的注意。

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