田甜

摘 要：“膠體的性質(zhì)”實驗存在一定難度，對學(xué)生提出了較高要求，所以很多教師在開展實驗教學(xué)時會遇到一些問題，導(dǎo)致教學(xué)效果并不是很理想。而虛擬實驗的應(yīng)用可以降低實驗難度，提高實驗效果，使學(xué)生能夠提升在實驗活動中的參與度，在學(xué)習(xí)知識的同時進一步提升學(xué)生的實驗?zāi)芰ΑＫ?，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師需要將虛擬實驗的應(yīng)用重視起來，本文從問題、概念、特點、優(yōu)勢、策略五個方面入手，闡述了虛擬實驗在“膠體的性質(zhì)”實驗中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗；高中化學(xué)；實驗教學(xué)；應(yīng)用

在時代的發(fā)展下，實驗教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的作用越來越重要，地位也越來越高。所以在實施化學(xué)教學(xué)時，教師需要對理論知識進行有效學(xué)習(xí)，并對學(xué)生的實驗?zāi)芰M行有效培養(yǎng)。而虛擬實驗的應(yīng)用能夠為學(xué)生提供相應(yīng)機會，可以使學(xué)生能夠充分參與教學(xué)活動，在動手操作的過程中理解知識、培養(yǎng)能力。所以，教師需要將虛擬實驗應(yīng)用于高中化學(xué)實驗教學(xué)中。下面就實驗教學(xué)的開展進行了研究，以期為教師帶來一定的啟發(fā)，進一步提高教學(xué)活動的有效性。

一、高中化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

化學(xué)是高中階段的重要組成部分，其隸屬于自然科學(xué)，實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分。但是在一些因素的影響下，教師在開展化學(xué)實驗教學(xué)時會以講述的方法進行化學(xué)實驗的原理、化學(xué)實驗的過程、化學(xué)實驗的現(xiàn)象的介紹，根本沒有達到相關(guān)要求，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不利于強化對知識的理解，甚至認(rèn)為化學(xué)學(xué)習(xí)很難，不愿意參與到教學(xué)活動中，導(dǎo)致教學(xué)效果不太理想。下面就高中化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題進行了闡述。

（一）實驗條件和實驗內(nèi)容具有局限性

雖然實驗教學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，但是，我國地域遼闊、不同地區(qū)的經(jīng)濟水平不同，導(dǎo)致不同學(xué)校的實驗條件參差不齊[1]。比如一些貧困地區(qū)的高中受經(jīng)費的影響，無法引入適合的實驗儀器、實驗試劑，導(dǎo)致實驗教學(xué)無法順利開展。同時，部分教師在開展實驗教學(xué)時以教材為重點，而且對相關(guān)資料產(chǎn)生了依賴感，導(dǎo)致實驗教學(xué)的開展存在單一枯燥等問題。也就是說，在這樣的實驗教學(xué)中，學(xué)生是根據(jù)教師提供的實驗步驟完成實驗，而沒有經(jīng)歷自主探究的過程，所以實驗教學(xué)的效果并不是很理想。

（二）實驗儀器及試劑存在危險性

高中化學(xué)實驗教學(xué)中，通常會用到一些玻璃制品，使用的化學(xué)試劑也會產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，而且部分試劑是具有強腐蝕性的酸或堿。高中生雖然有著一定的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，但是受一些因素的影響，學(xué)生并沒有掌握實驗教學(xué)的策略、技巧，導(dǎo)致實驗過程中存在處理不當(dāng)?shù)葐栴}，帶來了很大的安全隱患。

（三）實驗試劑和反應(yīng)產(chǎn)物的污染性

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)實驗用到了很多的反應(yīng)試劑，也會產(chǎn)生各種各樣的反應(yīng)產(chǎn)物。如果教師沒有按照實際情況進行科學(xué)系統(tǒng)的分類、保存、處理，將會出現(xiàn)學(xué)校周圍環(huán)境受到污染的情況[2]。

（四）實驗過程復(fù)雜且缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性

傳統(tǒng)的化學(xué)實驗涉及了較多內(nèi)容，而且在實驗過程中對學(xué)生的技術(shù)水平、知識掌握情況提出了較高要求，所以，實驗過程費時費力。在這種情況下，很容易出現(xiàn)實驗效果不精確的情況，導(dǎo)致教學(xué)效果不太理想，且學(xué)生無法準(zhǔn)確地掌握相關(guān)知識。

二、虛擬實驗的概念

虛擬實驗最早出現(xiàn)于1989年，是由美國弗吉尼亞大學(xué)的威廉·沃爾夫教授提出的。當(dāng)時，其只是一種可以為不同位置的實驗人員提供交流及協(xié)作工作、共享實驗資源和數(shù)據(jù)的計算機網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境。但是在不斷研究下，虛擬實驗得到了進一步的發(fā)展。1999年，聯(lián)合國教科文組織提出了虛擬實驗研究中心和虛擬研究實驗室的科研和教學(xué)模式的構(gòu)想，并對其進行了定義：為進行遠程協(xié)作、實驗探究或其他活動，借助分布式通信技術(shù)并發(fā)布結(jié)果的電子工作室。

三、虛擬實驗的特點

相較于現(xiàn)實生活中的實驗室，虛擬實驗在教育和科研方面有著一定的優(yōu)勢，如：

（一）成本低廉

虛擬實驗可以在不用儀器或者使用少量儀器的基礎(chǔ)上進行化學(xué)實驗。所以利用虛擬實驗可以有效減少試劑設(shè)備購置、管理、維護過程中產(chǎn)生的費用，從而充分降低相關(guān)成本。

（二）自主性

虛擬實驗相對自由，開放性較強，而且是網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生和教師可以根據(jù)自己的實際需求進行實驗的時間、儀器、地點、內(nèi)容、方法的選擇，為實驗教學(xué)及實驗練習(xí)的有效安排提供保障，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生具備一定的自主探究的興趣[3]。

（三）交互性

虛擬實驗是一種以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠程教育，可以對傳統(tǒng)教學(xué)活動進行有效優(yōu)化，解決只能看不能動手做的問題。在實驗過程中，教師、學(xué)生、網(wǎng)絡(luò)實驗室系統(tǒng)能夠進行有效互動、交流[4]。所以，師生之間、生生之間能夠進行科學(xué)合理的合作、學(xué)習(xí)，能夠在操作的過程中，形成較強的實踐能力，實驗教學(xué)的效果能夠得到充分提升。

（四）高效性

借助虛擬實驗中的復(fù)習(xí)平臺的功能，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過的理論知識的基礎(chǔ)上進行研究、實驗，可以在練習(xí)的過程中加強對知識的認(rèn)知，從而避免學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)操作不規(guī)范、安裝不正確的問題，并提高學(xué)生的各項能力，確保學(xué)生能夠具備解決問題的實力，從而提高教學(xué)活動的有效性。

（五）安全性

化學(xué)實驗具有一定的危險性。而虛擬實驗的有效應(yīng)用，能夠通過軟件仿真模擬技術(shù)構(gòu)建儀器、試劑，可以使學(xué)生在電腦的支持下進行實驗操作，從而避免在參與實驗的過程中使學(xué)生、儀器受到傷害。在這種情況下，實驗過程的安全性能夠得到充分提升。

四、虛擬實驗在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在一定不足，而虛擬實驗的有效應(yīng)用，可以對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的內(nèi)容及組織形式進行有效創(chuàng)新，從而使高中化學(xué)實驗教學(xué)的效率及質(zhì)量得到提升，使學(xué)生產(chǎn)生一定的學(xué)習(xí)興趣，并幫助學(xué)生形成一定的能力。

（一）掌握實驗原理、方法及操作過程

在開展實驗活動之前，教師需要考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并通過適當(dāng)指導(dǎo)使學(xué)生能夠?qū)σ曨l進行有效觀看，在觀看的過程中，強化方法、原理及操作的認(rèn)知。在學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容有了一定的了解后，教師可以鼓勵學(xué)生進行虛擬實驗探究。基于該過程，學(xué)生可以強化對知識的認(rèn)知，可以發(fā)現(xiàn)化學(xué)學(xué)習(xí)的魅力，從而對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生較大的興趣。

（二）激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識

以往的教學(xué)活動是有一定的局限性的，這是因為實驗儀器和實驗時間相對有限，所以學(xué)生能夠參與實驗的次數(shù)、能夠操作儀器的次數(shù)是有限的。因此，為了避免浪費資源，學(xué)生只能在教師的安排下進行實驗，并沒有自主探究的機會。所以，很多學(xué)生只是對知識進行了淺層學(xué)習(xí)，未了解知識的本質(zhì)內(nèi)涵，也沒有形成學(xué)習(xí)能力，達到相應(yīng)的學(xué)習(xí)

目標(biāo)。

（三）幫助學(xué)生完成無法完成的實驗

虛擬實驗具有突破時間與空間的限制，將虛擬實驗運用起來，可以使學(xué)生在Flash動畫的指引下直觀有效地觀察相關(guān)內(nèi)容、引發(fā)學(xué)生的聯(lián)想，從而使學(xué)生能夠強化對相關(guān)知識的印象、積累一定的經(jīng)驗，基于原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)同化學(xué)習(xí)到的新知識，從而引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，進而提高實驗教學(xué)的效率及質(zhì)量。

五、虛擬實驗在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）運用虛擬實驗增強教學(xué)活動的趣味性

化學(xué)學(xué)科十分嚴(yán)謹(jǐn)，不管是理論體系，還是知識結(jié)構(gòu)都對學(xué)生提出了較高要求。而想要使學(xué)生科學(xué)有效地學(xué)習(xí)知識，就勢必要幫助學(xué)生形成一定的學(xué)習(xí)能力，如動手操作能力、知識總結(jié)能力等，以確保學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)知識有效地解決問題。而通過虛擬實驗的有效應(yīng)用，能夠確保教學(xué)活動的趣味性得到增強，可以進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生更好地對知識進行內(nèi)化，并在原有的基礎(chǔ)上得到提升與發(fā)展。

例如：在教學(xué)“膠體的性質(zhì)”時，教師就需要明確，本課的教學(xué)目標(biāo)為：1.了解膠體有著怎樣的性質(zhì)和作用。2.借助膠體性質(zhì)實驗的有效開展使學(xué)生能夠具備較強的觀察能力、實驗探究能力。帶領(lǐng)學(xué)生對化學(xué)實驗現(xiàn)象進行有效分析、研究，從而使學(xué)生形成一定的思維能力。3.幫助學(xué)生形成熱愛科學(xué)及靈活運用科學(xué)知識解決問題的意識及能力，使學(xué)生能夠主動積極地關(guān)心環(huán)境。4.使學(xué)生能夠產(chǎn)生一定的學(xué)習(xí)興趣、獲得一定的學(xué)習(xí)動力。5.幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，掌握觀察方法、實驗方法、邏輯推理方法?；诖?，教師需要將虛擬實驗利用起來，通過其優(yōu)勢使教學(xué)活動更加有趣，從而達到理想的教學(xué)目標(biāo)。此外，虛擬實驗的有效應(yīng)用，能夠有效突破時間、空間、器材等的限制，可以將化學(xué)實驗原原本本地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生親身經(jīng)歷相關(guān)過程，獲得一定的體驗。

由此可見，虛擬實驗的有效應(yīng)用可以增強教學(xué)活動的趣味性，確保學(xué)生能夠產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，并對知識進行有效內(nèi)化，逐漸形成一定的學(xué)習(xí)能力。

（二）運用虛擬實驗，提高團結(jié)協(xié)作能力

在教學(xué)活動中，教師應(yīng)當(dāng)考慮到學(xué)生接下來的學(xué)習(xí)與發(fā)展。也就是說，不僅要基于教材中的內(nèi)容進行詳細(xì)講解、有效教授，更需要確保學(xué)生能夠形成一定的學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生掌握一定的學(xué)習(xí)方法。由于虛擬實驗的應(yīng)用在提升學(xué)生的團結(jié)協(xié)作能力方面有著一定的積極意義，而且可以使學(xué)生之間更加默契，因此，教師不妨將其利用起來。

例如：在教學(xué)“膠體的性質(zhì)”時，教師就需要確實明確，每個學(xué)生都是不一樣的，所以他們之間有著很明顯的差異。有的學(xué)生特別喜歡化學(xué)，有的學(xué)生不太喜歡化學(xué)，有的學(xué)生學(xué)習(xí)能力較弱等。統(tǒng)一化的教學(xué)方法固然可以完成教學(xué)，但是教學(xué)效果并不是很理想?；诖?，教師可以將分組合作學(xué)習(xí)法利用起來，使學(xué)生以小組的形式進行探究。由于學(xué)生的想法不一樣，所以在小組合作學(xué)習(xí)的過程中會進行有效思考，可以進行思維的有效碰撞，從而取得理想的教學(xué)效果。在進行小組劃分之前，教師需要對學(xué)生的實際情況進行了解，并遵循同組異質(zhì)、異組同質(zhì)的原則進行小組劃分，并通過適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，從而使實驗教學(xué)能夠順利開展。

由此可見，團隊的力量是偉大的，在小組合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠?qū)⒆约旱男в米畲笙薅鹊匕l(fā)揮出來，實驗操作會更加科學(xué)合理，學(xué)生也可以更好地在實驗教學(xué)中獲得體驗、感悟。通過這樣的教學(xué)活動，學(xué)生能夠?qū)碚撝R進行進一步的了解，可以快速有效地內(nèi)化知識；可以形成一定的團隊意識，主動積極地與他人合作解決自己無法解決的問題；可以具備團結(jié)協(xié)作的能力。而這能夠使教學(xué)效果得到有效提升。

（三）運用虛擬實驗進行情境創(chuàng)設(shè)

現(xiàn)代教育學(xué)家認(rèn)為，思維培養(yǎng)一定要經(jīng)過發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，而且其關(guān)鍵是學(xué)生對問題的看待方式。由于教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)能夠達到這一目的，所以教師可以將虛擬實驗利用起來，通過科學(xué)合理的情境創(chuàng)設(shè)，確保學(xué)生能夠走進化學(xué)實驗研究的世界，并且在該過程中進行有效思考、深入探討。

例如：在教學(xué)“膠體的性質(zhì)”時，教師就可以逐一提出如下問題：1.同學(xué)們，在生活中我們經(jīng)常會遇到豆腐如何制作，黃河三角洲怎么形成，不同牌子的墨水不能混用等問題，這些都是為什么呢？學(xué)習(xí)了今天的內(nèi)容，這些問題將迎刃而解。2.同學(xué)們注意觀察你面前的Fe（OH）3膠體、CuSO4溶液、泥沙濁液外觀特征。3.有些液態(tài)膠體也是透明的，我們憑借肉眼是很難有效劃分的？那么怎么能將它們區(qū)分開來呢？4.用激光筆光束分別照射CuSO4溶液、Fe（OH）3膠體，觀察有何現(xiàn)象？5.膠體為什么會有丁達爾效應(yīng)？在這些問題的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠走進一定的情境，之后教師可以將虛擬實驗引入，使學(xué)生主動進行探究。在探究之前教師可以給予學(xué)生一定的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠基于自己所學(xué)的知識自主設(shè)計實驗，從而在強化對知識的認(rèn)知的同時，能夠為實驗活動的順利開展提供保障。在學(xué)生獲得實驗結(jié)果后教師可以講解化學(xué)反應(yīng)方程式，從而強化學(xué)生對知識的認(rèn)知。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)了一些問題，而課堂教學(xué)的時間有限，無法進行針對性的講解，教師就可以鼓勵學(xué)生在課后將虛擬實驗利用起來，通過進一步的研究強化對知識的認(rèn)知，訓(xùn)練自己的思維，形成較強的動手操作能力，進一步開闊自己的視野，從而提高教學(xué)活動的效率及質(zhì)量。在這樣的教學(xué)活動中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)虛擬實驗的價值，可以在情境創(chuàng)設(shè)中進行進一步探究，從而快速有效地內(nèi)化知識，樹立正確的意識及觀念，教學(xué)活動的效率及質(zhì)量也能夠在一定程度上得到提升。

也就是說，教學(xué)情境具有一定的生動性，可以為虛擬實驗效用最大限度地發(fā)揮提供保障，可以使學(xué)生擁有一定的學(xué)習(xí)機會，可以發(fā)散學(xué)生的思維，使學(xué)生能夠在走進化學(xué)世界的同時學(xué)習(xí)知識，拓寬自身視野，感知化學(xué)知識的魅力，進而對其產(chǎn)生一定的熱情。

結(jié)束語

綜上所述，可以看出，虛擬實驗可以彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，可以使化學(xué)實驗教學(xué)順利開展，可以使學(xué)生在實驗的過程中強化對知識的認(rèn)知、形成一定的學(xué)習(xí)能力，并幫助學(xué)生成長為國家所需要的社會主義接班人。所以教師需要將其充分利用起來。那么虛擬實驗應(yīng)該在高中化學(xué)實驗教學(xué)中如何進行應(yīng)用呢？本文就此進行了深入研究，提出了幾個簡單有效的方法。比如：運用虛擬實驗增強教學(xué)活動的趣味性；運用虛擬實驗，提高團結(jié)協(xié)作能力；運用虛擬實驗進行情境創(chuàng)設(shè)。教師可以結(jié)合實際情況進行應(yīng)用。如此一來，虛擬實驗的效用就可以在高中化學(xué)教學(xué)中充分發(fā)揮出來，就可以使學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生一定的熱情，在強化對知識的認(rèn)知的同時，形成相應(yīng)的學(xué)習(xí)能力，進而為學(xué)生接下來的化學(xué)學(xué)習(xí)提供保障。

參考文獻

[1]盧光林.信息技術(shù)優(yōu)化高中化學(xué)實驗教學(xué)淺探[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（5）：184-185.

[2]郭磊.談基于信息技術(shù)支持的高中化學(xué)實驗教學(xué)方法[J].新課程（下），2018，456（8）：121-122.

[3]蔣艷萍.高中化學(xué)實驗教學(xué)中計算機信息技術(shù)的應(yīng)用分析[J].文化創(chuàng)新比較研究，2018，2（9）：136-138.

[4]范宗山.基于信息技術(shù)支持的高中化學(xué)實驗教學(xué)方法[J].中國教育技術(shù)裝備，2017，425（23）：136-138.

本文系福建省寧德市基礎(chǔ)教育科學(xué)研究2022年度課題“信息技術(shù)支持下的高中化學(xué)實驗創(chuàng)新教學(xué)研究”的研究成果，課題立項批準(zhǔn)號：FJNDKY22-63。