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【摘要】實驗教學是高校化學教學中的重要環節，近年來，隨著高等教育觀念的更新、手段的改進、計算機化學的興起和化學知識的創新，使計算機模擬化學實驗成為可能。借助計算機模擬手段，可以解決化學實驗教學課時不足的問題，并根據具體實驗操作，盡可能避免直接接觸危險及有毒的化學藥品，減少廢棄物的排放，提高學生的環保意識，從而達到提高學習效率和教學水平的目的。

【關鍵詞】虛擬實驗室計算機模擬多媒體技術

在高等教育實現大眾化的今天，由于眾多主客觀因素制約，國內許多高校教學質量有所下降，特別是在實踐教學中，出現重視課堂理論教學，忽視成本高、難度和質量彈性都較大的實踐教學。在全球競爭高度激烈的時代，市場經濟對人才所具備的創新精神、實踐能力的要求越來越高，如果高校所培養的學生理論基礎與實踐能力脫節，學生將無法立足于當前的市場經濟，因此，加強高校實踐教學工作是我們必須要解決的重要任務。

目前，國家已將培養適應新世紀現代化建設所需要的具有創新精神、實踐能力和創業精神高素質人才列為高等教育戰略工程，這種人才只有通過系列的實踐教學環節才能得到有效的培養。而我校許多學科專業都屬于實踐性較強的應用型專業，如何將學生的創新精神和實踐能力有機結合起來是我們面臨的難題，下面就如何培養提高學生的實踐能力談幾點自己的認識：

我校實驗教學計劃主要設置有無機化學、分析化學、有機化學、儀器分析以及物理化學等實驗課程，實驗教學分散在各門理論課程中，教學主要按照理論課講授的內容順序自成體系，各門實驗教學課程尚未進行整合形成一個科學系統的實驗教學體系，內容存在重復、脫節現象，不利于培養學生的綜合能力；實驗教學內容簡單分散，多為一些驗證性的實驗，實驗內容的深度和廣度也不夠，知識也不能及時得到更新，學生很難將化學知識和操作技能應用到工作中去解決實際問題；實驗的教學手段基本上采用傳統的一塊黑板、一套舊式儀器設備、一本實驗教材，缺乏計算機多媒體和先進儀器等現代化教學手段，教學方法主要是學生課前預習，教師重點講解和指導，學生按實驗指導書“照方抓藥”，進行機械式操作，最后填寫實驗報告，學生缺乏獨立思考和自己設計實驗的能力；實驗教學課時安排偏少，培養學生動手能力的實踐時間不能得到充分保證。

鑒于以上事實，我們認為虛擬實驗室的建設將在一定程度上解決目前存在的問題，有助于培養和鞏固學生掌握實驗基本理論、知識、方法、技能，培養學生發現問題和綜合分析、解決問題能力以及培養學生初步的科學研究能力。其依據在于：化學虛擬實驗室充分利用計算機多媒體的技術，將化學實驗過程中的文、圖、聲像、動畫各種因素有機組合在一起，把一些抽象理論、復雜結構、虛幻情景、跨越時空等因素，通過三維動畫、視頻圖像、虛擬現實等手段形象生動地展現出來，使學生通過多種感官刺激全方位地獲取豐富的信息，學生對實驗過程和實驗現象觀察得很清楚，讓學生在計算機上操作也能達到身臨其境的效果，這樣就可以激發學生的學習興趣，起到良好的教學效果。

一虛擬實驗室的建立有利于彌補實驗課時較少的問題

化學虛擬實驗室的建設，可以彌補實踐教學課時不足的問題，擴大學生的信息量。實驗教學是一種手腦并用的學習方式，既要動手操作又要動腦思考。但是由于實驗課時的限制，往往一個實驗環節需要在2～3個學時內完成，教師只能將儀器的使用和實驗方法進行簡要的示范和描述，一般很難有足夠的時間對整個實驗過程進行詳細的演示，學生也沒有充足的時間去思考，實驗經費不足，儀器數量少，不能滿足學生人人都能動手進行操作訓練，學生在實驗過程中難免出現各種各樣的錯誤，導致最后得不出正確的實驗結果，甚至在實驗課結束后，對所做實驗內容仍是一知半解。因此采用新的教學手段，引導學生的學習積極性，充分利用學校的校園網，在保證原來實驗課的基礎上，利用學生的課余活動時間，開通計算機網絡進行虛擬模擬實驗，其具體做法是：將實驗內容制作為教學軟件上傳校園網，使學生不受時間、地點、場所的限制，打開校園網就可以進行模擬實驗，這樣既可以節省經費，減少環境污染，又能為后續實驗奠定基礎，從而提高實驗教學質量，達到預期的實驗目的。其次虛擬實驗室的開發將知識性、趣味性融為一體，教學方法上采用啟發式教學，使學生從被動學習轉變成主動參與，從而有利于提高學生的綜合能力，培養學生的創新意識。

二虛擬實驗室的建立有利于學生加深對實驗安全規范的認識

化學實驗試劑大多數具有易燃、劇毒、腐蝕性，在實際操作過程中要求學生高度認真，以免失誤導致事故發生。虛擬實驗室的建設可以為學生提供一個虛擬的實踐空間，加深對實驗安全規范的認識，例如，通過虛擬實驗室計算機模擬出實驗中的錯誤操作，將水倒入濃硫酸中，液體沸騰并飛濺，并配上適當的圖像、聲音，從而使學生親自感受錯誤操作的危險性，提醒學生避免這些錯誤的發生，這樣就會給學生留下深刻的影響，對實驗中的安全規范操作引起高度重視，降低化學實驗室事故發生的概率，即使出現危急情況，學生在虛擬實驗室的訓練也有助于他們及時正確的處理。

三計算機模擬有利于學生復習和鞏固

學生做完實驗后，由于受到主客觀條件的限制，一般難以再安排進行重復實驗，因而實驗知識往往得不到鞏固。如果將實驗內容設計成教學軟件，學生則可以自由地選擇時間和地點進行多次的模擬實驗，這無疑是對實驗課的一種有力補充。例如，在分析化學實驗模擬電光天平的使用，利用計算機模擬可達到以下效果：

1．演示

將拆散的天平部件逐一放在正確的位置，同時采用文字和語音提示該部件的名稱、用途以及使用時的注意事項等，當組裝完成后，再演示稱量操作的步驟。在該過程中，其動畫圖像清晰、逼真，語音提示可以加深學生對實驗步驟的重視和理解，相比之下常規演示實驗難以達到這種效果。

2．練習

給出拆散的各天平部件，讓學生自己去完成組裝和稱量練習，每一個操作步驟都給出正確與否的判斷，若錯誤則提示正確的操作方法。

3．鞏固

給出實驗器材，在沒有正確提示的前提下完成所有操作，正確時給出歡快的掌聲；錯誤時則指出其錯誤，同時給出提示并給予鼓勵至完全正確。

4．測試

在沒有任何提示的情況下完成所有操作，根據操作情況和所用時間計分，并在最后給出錯誤所在，因此這種計算機模擬實驗模式完全可以成為課堂教學的有力補充。

四虛擬實驗室的建立有利于保護環境

常規的化學實驗中不可避免地要消耗大量的藥品和水資源，實驗過程中伴隨著有毒氣體、廢水以及有害物質，這既污染環境，又影響實驗效果，既不利于學生實驗能力的培養，也不利于環境保護。因此在保證實驗教學目的的前提下，對化學實驗內容進行大幅度改革和調整是非常必要的，例如，在學習硫的知識中可設計成模擬實驗：（1）模擬硫與氧氣反應，指出生成的SO2是酸雨形成的主要成分之一，若直接排放到大氣中，就會產生環境污染；（2）模擬實驗室中溫度計摔碎后對汞的處理，在汞的表面覆蓋一層硫粉，以防發生汞中毒等等，由于多媒體模擬化學實驗，畫面生動、逼真，特別是將反應過程慢放和重播，學生能清楚的觀察實驗過程和實驗現象，這就大大的激發了學生的學習興趣，學生在掌握知識的同時又可以加強環保意識，從而起到良好的教學效果。

虛擬實驗室的建立突破傳統實踐教學模式單一的局限，學生課前進入虛擬實驗室，利用多媒體虛擬操作進行前期實驗準備工作，后期在實驗過程中具體操作將有助于提高學生實踐能力，其具體操作程序為：

1．建立虛擬實驗室運行網絡平臺

通過建立網站教學平臺，為學生營造一個完全自主的學習環境，學生可以在該環境中通過自學、模擬、回答問題等多種學習方式，在實踐中得到提高。

2．化學實驗演示以及模擬課件的研制

研究、開發、制作化學虛擬實驗室支撐軟件，管理和開發有關實驗教學資源庫，通過對實驗教學資源的整理、存貯、加工、修改、整合以及維護等，使資源庫不斷完善和發展。

3．化學實驗內容的整合和優化

為了使學生系統掌握化學基礎學科的實驗技能，培養科學素質、提高綜合分析問題和開展科學研究的基本思路，看準國內外實驗教學改革的趨勢，加強對學生實驗技能培養的系統性和連貫性，遵循教學規律和認識規律，并結合林業院校教學特點，對化學實驗教學內容進行整合優化。實驗教學內容結構規范為：基礎實驗、綜合性應用實驗和研究（設計）型實驗等三個層次，使學生在掌握和鞏固化學實驗基本理論知識的基礎上，提高學生的綜合實踐能力以及初步的科研能力。

五結束語

突破高等教育實踐教學沿用的傳統模式，建立化學虛擬實驗室，將現代多媒體技術應用在實踐教學中，并根據林業院校教學要求的特點，對化學實驗內容進行整合優化，創建綜合實驗教學的新體系，從而培養學生綜合分析問題的能力，提高學生實踐能力以及培養學生初步的科研能力。但是虛擬實驗室模擬技術不能完全代替學生動手做實驗，更不能使學生獲得化學實驗基本技能，它只是提供一種手段，起到輔助教學的作用，只有將其與傳統的教學手段有機地結合起來，找到一個合適的切入點，才能最大程度地發揮作用，從而達到提高實驗教學效率的目的。

參考文獻

［1］鄭風英、李順興.化學實驗綠色研究［J］.漳州師范學院學報，2001（3）：57～59