2023年虚拟实验室.doc

虚拟实验室 　 教育信息技术杂志发表在化学教学中的应用 　日期：2023-08-12 17:17点击： 228次来自：未知 　 ：传统的理化实验与优课虚拟仿真实验有机的结合是新课程下中学理化实施素质教育的良好、有效的教学手段。本文在分析了优课虚拟仿真实验室的根本功能后，设计了优课虚拟仿真实验在化学教学中的使用情景。 　 关键词：优课虚拟仿真实验室；化学实验；教学应用 　 化学是一门以实验为根底的学科，化学实验是化学学习与化学科学探究的根本方式，新课标将原来化学实验中的演示实验和学生实验融合在内容标准之中，使它们成为一个有机的整体，不再单独列出 。在化学教学大纲中，对化学实验教学技能的要求只是简单的“初步学会……〞，而在内容标准中，常常出现“通过实验探究……〞“通过实验了解……〞等等。这就要求教师在课堂教学中使实验尽可能地出现在各个角落，绝对不能讲实验、背实验，因为它不仅是作为实现“知识与技能〞目标的手段，更重要的是要将它作为实现“过程与方法〞目标的根底，最后为实现“情感、态度与价值观〞目标做好准备 。但是化学课堂又不能经常设在实验室，优课数字化教学系统提供的虚拟仿真实验系统为实验教学提供了有力的帮助，在化学实验教学中，如将传统的实验与优课虚拟仿真实验有机结合，充分发挥传统实验方式和虚拟仿真实验各自的优势,不仅有利于学生进行观察、分析、比照、归纳以及实验操作技能和创新能力的培养，更能丰富教学内容，提高教学效率，强化教学效果，充分调动学生学习的主观能动性和学习欲望，同时弥补传统化学实验的缺乏，减少实验室废弃物排放对环境的污染和节省学校的实验经费。下面通过几种教学模式来说明优课虚拟仿真实验在化学实验教学中的应用。 　 一、优课虚拟仿真实验室的特点与功能 　 优课虚拟仿真实验室是一套仿真度强、技术含量高、贴近新课程标准和新教材的系列化实验教学软件,软件创立了让学生探究性学习的环境，学生可自主操作实验和改变各项参数，去观察变化、去发现问题、去认识现象、去建构知识。它不仅囊括了中学考试大纲中规定的学生实验以及教材中涉及的课堂教学演示实验，而且针对传统教学中一些难以解决的问题也设计了局部实验。 　图 1 虚拟仿真实验界面 　1.优课虚拟仿真实验室的特点 　〔1〕仿真实验中提供的器材和元器件具备较高的仿真度, 防止符号实验。各项操作与实际实验相符，满足学生对实验正确操作和实验现象观察的需求,防止穿插计算机的操作模式。 　〔2〕所有仿真实验一律不采用下一步、下一页的模式操作。完全让学生自由搭建环境、做到参数可调，让学生积极的参与、自主的操作，去探索、去发现、去建构知识，有效组织学生自主学习, 培养其科学探究能力,为学生提供了一个探究式的实验操作平台。 　图2 直接点击仪器进行实验操作 　〔3〕仿真实验中包含各种危险的、实验成功率不高的、特殊环境下的实验以及各种贵重仪器的使用，做到真实全面的仿真，特别注重实验过程的细节问题,做到与实际实验操作紧密契合。 　〔4〕优课虚拟仿真实验室注重技术含量,确保实验的科学性、准确性。 　〔5〕整体风格统一,在内容的组织、版面设计、色彩的运用符合学生的认知特征。 　2.优课虚拟仿真实验室的功能 　〔1〕全面地针对实验教学课程及常规教学课程的需要进行设计，让学生真正动手做实验，例如，钩码等可随意取放，无顺序限制性，而不是通过点击“下一步〞来看实验动画。 　〔2〕实验设计合理，并引入错误结果，让学生真正了解实验的过程，以及实验中需要注意的要点。例如，发生操作错误时，会显示提示仪器损坏甚至发生爆炸等说明，实验无法继续进行。实验设计引入误差，测量结果允许一定的误差存在而不会被固定程序修正，符合操作实际，也便于从中发现问题。 　图3 实验错误时提示错误信息 　〔3〕可进行不可操作的危险性实验，可直观展示不可逆的实验过程，可展现宏观和微观的实验变化过程，可把抽象的概念形象化透过现象看本质。借助优课虚拟仿真实验室数字仿真实验，能直观、安全地进行平时实验室无法做的危险性、不可逆、微观的、抽象的实验操作。 　〔4〕优课虚拟仿真实验室数字仿真实验针对考试大纲而编制，加深学生实验记忆，提高学习效果，学生在课后通过操作优课虚拟仿真实验室数字仿真实验，无需在实验室环境中就能重温实验的操作、数据分析等过程，加深实验的记忆，提高学习效果；优课虚拟仿真实验室数字仿真实验模拟真实实验操作，让学生随时动手练习，让学生在课后也能练习操作，提升动手能力。 　〔5〕优课虚拟仿真实验室不仅是实验教学的辅助工具，而且是学生走进实验室前后的良师益友。在结构上注重激发学生的学习兴趣，促使学生主动参与、全面开展和个性化开展。利用仿真技术和艺术表现力来鼓励和感染学生，制造学习动机，强化学习兴趣。 　 二、优课虚拟仿真实验室在化学教学中的应用 　 通过以上对优课虚拟实验室的功能分析发现，在教学中结合传统实验的教学模式，可以弥补学校因实验器材缺乏、实验耗材短缺而造成很多实验无法开展的问题，如在初中化学比拟纯金属与合金的硬度、熔点等性质不同的实验，可以解决实验室缺少一些合金材料而无法演示的实验；解决学生难于动手操作各种易损仪器和贵重仪器的矛盾，以防止这些实验教学走过场的现象；可以安全地让学生操作实践一些具有危险性的实验，如初中化学一氧化碳复原氧化铁实验、氢气、可燃性粉尘爆炸实验等；完成一些成功率不高和实验现象不明显的实验，再现一些瞬时即逝的实验和极慢的实验过程，以及不可逆的实验过程，如初中化学木炭复原氧化铜实验、酸雨危害的模拟实验等；从而给学生一个细致观察、发现规律的时机；激发学生对实验操作的兴趣，弥补实际实验教学上的一些缺乏，将抽象的概念形象化，让学生认清概念的本质，如使用动画演示分子的运动、原子的结构、原子核外电子排布等；使学生实验复习不需再背诵实验步骤,而通过自主动手仿真实验,将获得事半功倍的复习效果，如复习氧气、二氧化碳、氢气的实验室制取等等。可以在以下情境使用优课虚拟仿真实验室： 　1．预习实验 　化学实验课是锻炼学生动手能力和开动大脑思维的一种手段，作为学生必须以科学的态度认真对待每一次实验。在实验中培养学生具有一丝不苟的科学精神，做到严谨细致。不放过实验中的任何一个细节，开动脑筋，积极探索，大胆质疑。目前中学阶段的实验仍是以验证性实验为主，主要是运用实验成果，扩大学生的认知领域和缩短认识的过程。因此，为了防止应付式地为实验而实验，进入实验室走过场的形式，课前应让学生做好充分的实验准备，特别要做好实验前的预习，使我们的实验教学变为从实验中找实验，从而提高实验的效果。但是学生实验预习纯文字的理解加大了预习的难度，如果预习时观看优课虚拟仿真实验室的数字仿真实验，甚至在关键步骤还能够通过互动进行亲手点击操作，对于学生理解实验原理、明确实验目的、理清实验步骤、自然而然理解化学实验知识起到很好的作用。 　2．自主探究实验 　常规的验证性实验教学方法是教师讲解实验目的、实验原理、实验步骤、实验的本卷须知，必要时教师可进行操作演示，学生只要求按照实验所给的操作步骤进行，验证的实验结论。新课程将科学实验探究作为改革的突破口，贯穿于化学学习的全过程，将科学探究专设为学习主题，就是为了让学生有更多的时机主动地体验探究过程，在知识的形成、联系、应用过程中养成科学的态度，获得科学的方法，在“做科学〞的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力。 　探究性实验教学方法是采用问题、探究、合作的学习形式，即提出实验课题——讨论、设计、选择实验方案——实验探究——讨论、评估——完成实验报告 。结合虚拟仿真实验室进行探究性实验教学，学生可以对实验材料、实验器具、实验试剂、实验方法等进行重复实验操作，选择不同的实验路径，充分实现自由的“探究〞，提高学生探究的成功率，提升学生实验的信心，从而增加学生对实验的热情。 　3．复习实验 　优课虚拟仿真实验室针对每个实验给出详细的考试考点，学生在课后通过操作优课虚拟仿真实验室数字仿真实验，无需在实验室环境中就能重温实验的操作、数据分析等过程，加深对实验记忆，提高学习效果。 　总言之， 优课虚拟仿真实验室能使我们实验教学现代化，但尽管优课虚拟仿真实验室有着许多优点，也存在着不少显而易见的缺点，如缺乏实验的真实环境、缺少动手真实操作的时机等。要培养学生的动手能力、合作精神和创新意识，那么需要实实在在的实验操作，学生亲手实验、亲身经历是虚拟仿真替代不了的，只有让二者有机结合，才能发挥最大成效