導語：化學專業實驗虛擬仿真技術探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:實驗在應用化學專業學生的實踐教學中處于非常重要的地位，但是傳統實驗教學模式有許多弊端，嚴重影響了教學質量。將虛擬仿真技術引入到應用化學專業實驗教學中，可有效地解決限制化學實驗教學發展的諸多因素，建立起傳統方式和現代技術并存的實驗教學模式。構建虛擬仿真實驗教學平臺，應遵從虛實結合的原則，設計多層次循序漸進的虛擬仿真課程并強化師資培訓，以期為社會提供優秀的應用化學人才。

關鍵詞:虛擬仿真;應用化學;實驗教學

實驗在高等學校的實踐教學中處于非常重要的地位，具有直觀和操作性的特點，是學生將理論知識轉化為實踐能力的主要途徑。應用化學作為一門介于化學和化工之間的獨立學科，所培養的人才需要具備化學方面的基礎知識、基本理論、基本技能以及相關的工程技術知識和較強的實驗技能［1］。可以說，實驗教學貫穿整個應用化學專業學生的本科學習階段。但是一些實驗受到實驗場地、條件、資源、設備和時間等諸多原因的限制很難開展，嚴重影響了學生的學習成效，使得教學質量面臨著嚴峻的挑戰。信息技術的發展為傳統教學方式的變革提供了基礎，虛擬仿真實驗的廣泛開展為強化實踐教學、改善教學質量提供了重要保障。在虛擬仿真實驗的開發過程中，一個信息化、網絡化的集成環境被搭建起來，師生可以將聽覺、視覺和觸覺等感知的虛擬實驗環境融入到課堂中，這為應用化學專業實驗的教學提供了全新的思維模式［2－3］。

1應用化專業實驗傳統教學模式的不足

應用化學是一門應用性和實踐性較強的專業，實驗教學是該專業的重要組成部分，對學生的實踐技巧與能力有著直接的影響，一些實驗教學受到很多因素的影響，導致本科實驗教學開展不順利。

1.1實驗時長，實驗安全及環境保護問題

應用化學專業實驗課程有一些特有的問題，譬如“苯丙乳液的制備”實驗時間過長，影響學生積極性，實驗效果也成問題;“703固化劑的合成”、“十二烷基硫酸鈉的合成”等實驗中要用到甲醛、氯磺酸等有毒刺激性試劑，這些實驗需要通風設備完好，師生防護措施到位，否則會影響師生的健康。此外，實驗中用到的酸、堿和有機溶劑等不可避免的地有部分排放掉，會腐蝕下水管道，污染水源，通常很難妥善處理。

1.2實驗設備不足，難以滿足教學需要

應用化學專業實驗所需的儀器比較多，由于教學經費的限制，設備不足，一些儀器老舊功能不全或者根本不能使用;學生人數過多，而實驗教學場地不足，導致同一實驗重復教學，增加了實驗設備的損耗幾率和維護難度。并且，學生很難有充足的課程時間來理解實驗內容和熟悉實驗操作，只能憑借老師的講述對實驗細節進行想象，缺乏實際動手經驗，造成實驗課走過場的現象，降低了老師的教學熱情和學生的學習欲望，嚴重影響教學質量。此外，為了解決儀器的不足，老師不得不設計同質的實驗課程。而受經費緊張等因素影響，實驗課程中訓練科技前沿技能的實踐內容偏少，開發和開展新實驗存在客觀困難。

1.3傳統授課模式缺乏互動，影響教學質量

應用化學專業實驗傳統的教學模式是任課老師首先講解實驗知識點和實驗操作要點，然后由學生自主操作完成實驗。學生接受知識的能力不同，所掌握的基礎知識程度也有差異，導致實驗過程中必然有學生對實驗知識或操作存在疑惑，有的學生會主動向老師請教討論，但更多的學生是在“只知其然，不知其所以然”的情形下按部就班完成實驗，對實驗現象的觀察沒有目的性，對出現的實驗結果缺乏預見性，很多學生在對實驗還存在疑問的情況下就離開了實驗室，使得實驗課的教學效果不明顯，不利于專業人才的培養。

2虛擬仿真實驗技術的優勢

虛擬仿真技術可以搭建出一個既真實又虛擬的環境，學生在仿真的環境下學習會有新鮮感和愉悅感，能夠迅速進入學習狀態，讓學生更快更好地掌握相關實驗操作技能，提高了學習效率。

2.1拓展實驗教學內容

虛擬仿真實驗通過綜合運用交互式多媒體和虛擬現實等現代科技，打破了傳統的實驗時間和空間的限制，借助于虛擬仿真平臺，師生之間可以進行及時和有效的溝通。在有互聯網的情況下，仿真實驗可以在線上進行，不受實驗時長的限制，對實驗地點也沒有要求，改善和彌補了傳統實驗因教學條件不具備而做不好或做不到的情況，解決實驗安全，降低環境污染，同時將前沿的應用化學科學技術引入到實驗中，確保應用化學專業實驗教學的先進性。

2.2改革傳統教學模式

利用虛擬仿真技術，實驗教學就可以轉換成老師設計指導，學生自主完成的過程，學生可以根據自己所學知識，改變各種物料配方的配比，通過觀察和產品最終性質的差異，驗證自己的假設，加深知識的鞏固程度，充分體現了應用化學綜合實驗的應用型特質。在這個過程中，學生不自覺完成了思考問題、解決問題的程序，通過反復操作，理解實驗原理的本質，并提高分析能力和解決能力。與傳統教學相比，虛擬仿真技術改變了被動獲取知識的模式，學生更加主動，提高了創造力。

2.3減少消耗、降低經費

在傳統應用化學專業實驗中，由于場地限制和儀器數量不足，學生需要分批次做同一實驗項目，此外，學生由于操作問題，造成實驗結果不理想，需要重復實驗，這些都不可避免地造成試劑浪費和儀器損壞的現象。采用虛擬仿真技術，學生在虛擬平臺上進行實驗操作，解決了儀器損壞和試劑浪費的問題。隨著應用化學的快速發展，常規的實驗儀器和實驗方法已經明顯落伍，實驗課程要趕上科技的進步，就需要配套購置價格不菲的高精尖儀器設備，而通過虛擬仿真技術則可以避免這種情況，學生可以在虛擬情景下操作前沿的實驗項目，教學質量提高了，實驗消耗則減少了。

3虛擬仿真應用化學專業實驗教學平臺的建設思路

當前，現代信息技術與高校教學的整合力度不斷加大，國內很多高等院校都相繼開展了虛擬仿真實驗教學。雖然虛擬仿真實驗技術大大提高了實驗教學的便利程度，但仍需改進構建的方式方法，以便摸索出適合應用化學專業發展的實驗教學體系。

3.1虛實結合原則

虛擬實驗教學中，學生沒有進行實際操作，這樣會失去傳統實驗的體驗感。應用化學本身是一門強調實踐的學科，因此，應用化學專業實驗教學首先應以實際操作為基礎，虛擬仿真技術做補充，切忌本末倒置。在條件允許的情況下盡量使用傳統實驗教學，只有當實驗條件滿足不了教學時，適當引入虛擬仿真教學平臺，做到以虛補實，虛實結合［7］。

3.2實驗課程的設計

構建三個層次的虛擬仿真實驗模塊，分別為基礎實驗、綜合性實驗和創新性實驗［8］。基礎實驗層次要讓學生了解應用化學專業實驗的開設背景、基本操作技能以及實驗安全知識;綜合性實驗要讓學生掌握專業的實驗操作技能，逐步解決實驗問題以及有目的性地設計實驗;創新性實驗用以開拓學生視野，激發學生的創新思維和創新意識，提高其創新實踐的能力。

3.3師資力量的培訓

虛擬仿真實驗平臺應由學校和相關企業共同合作開發和維護，然而，大多數任課老師可能不懂虛擬仿真技術，也不會操作虛擬仿真實驗教學平臺。因此，為了更好地開展虛擬仿真實驗課程，應該對任課老師進行虛擬仿真技術和相關信息技術的培訓，以利于提高虛擬仿真教學平臺的使用效率和教學質量。

4結語

將虛擬仿真技術引入到應用化學專業實驗教學中，可有效地解決限制化學實驗教學發展的諸多因素，建立起傳統方式和現代技術并存的實驗教學模式。在構建虛擬仿真實驗教學平臺時，應遵從虛實結合的原則，設計多層次循序漸進的虛擬仿真課程并強化師資培訓。利用虛擬仿真實驗平臺不僅可以創新并改革實驗教學模式，還能夠豐富實驗教學資源，最終提高實驗教學質量，為社會提供優秀的應用化學人才。

參考文獻

［1］李凡修，孫首臣，鄧仕英，等.淺談應用化學專業實驗教學改革與實踐［J］．實驗室研究與探索，2014，33(4):198－202.

［2］高東鋒.信息化時代高校實驗教學改革的要求、思路與路徑［J］．中國高教研究，2018(4):93－96.

［3］張敏，劉俊波.對高校虛擬仿真實驗教學項目建設的若干思考［J］．中國現代教育裝備，2020(1):10－13.

［4］遲雙會.虛擬仿真技術在組織學實驗教學改革中的探討［J］．科教導刊(中旬刊)，2020(4):40－41.

［5］楊振德，玉舒中.森林保護學虛擬仿真實驗教學體系的構建［J］．教育教學論壇，2016(21):268－270.

作者：聶俊琦 單位：湖北大學化學化工學院