初中化学教学中真实实验与虚拟实验的交互应用

陈春凤

摘要：实验教学是整个初中化学教学中必不可少的重要环节，对于培养学生的实际操作能力、分析能力和创新能力至关重要。然而，在真实实验教学过程中，一些实验存在着实验效果欠佳，受各种条件的限制难以开展等问题。虚拟实验是当前的研究热点，真实实验有着虚拟实验无法替代的教学功能，但虚拟实验也有着真实实验无法比拟的优点。虚拟实验和真实实验之间具有很强的互补性，两种方式交互应用会大大提高实验教学的效果。

关键词：真实实验；虚拟实验；交互应用

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2015）11-0071

陶行知先生的“六大解放”观点中提出：要解放学生的双手，给孩子以动手的机会，让孩子自己动手操作，使他们在手脑并用中发展创造力。《化学课程标准》也指出：“化学是一门以实验为基础的学科，在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。”

随着教育改革的不断深化，实验教学发挥着日益重要的作用，实验教学过程把理论知识和实践活动、直接经验和间接经验、形象与抽象相结合，不仅训练了学生的动手操作能力和观察能力，还培养了学生的分析能力和创新能力。在初中化学实验教学过程中，真实实验与虚拟实验都是实验教学实施过程中的重要手段，二者交互应用是提高化学课堂效率的有效途径。

真实实验是培养学生动手操作能力的重要途径，实验过程中各种可能的现象与变化，成功与失败都是学生能力提高的重要要素，实验过程中，师生、生生之间的互动与协作更是虚拟实验所不能代替的。但在实际的实验教学过程中，一些实验存在着实验效果欠佳、受各种条件的限制难以开展等问题。而虚拟实验就能弥补这些缺点，将虚拟实验运用于教学，能够很好地模拟真实实验情况，使实验更直观，现象更明显，从而达到降低成本，提高效率的目的。虚拟实验是利用当今先进的计算机技术进行模拟实验，它使实验不再受时间、空间的限制，解决许多学校因设备欠缺而无法开展实验的问题，在保障教学质量方面起着重要作用。虚拟实验的引入，使人们开始关注虚拟实验和真实实验在教学质量提高和学习者能力培养等方面的作用，并通过合理的交互应用来提高教学质量。

一、真实实验的功能

北京教科院基教研中心的黄冬芳老师说：“实验在化学教学，尤其在基础教育阶段的重要性无论如何强调也不会过分。”以实验为基础是化学教学最基本的特征，化学实验是进行科学探究的重要方式，学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证。初中化学实验分为演示实验、分组实验、趣味实验、家庭小实验和研究性实验等。真实实验在化学教学中至少有以下四个方面的功能：培养动手操作能力，培养观察能力，培养分析能力，培养创新能力等。

1. 培养学生的动手操作能力

动手操作能力的培养是化学实验教学的基本要求，是《化学课程标准》的重要目标之一，也是促进学生全面发展的一个重要方面。在化学实验教学中，教师要引导学生以科学的态度进行规范、正确的实验操作，要让学生明白每一种规范的实验操作都是一种技能，如果操作不规范，就可能发生实验事故，带来实验误差，甚至导致实验失败。因此，教师要尽可能创造条件让学生亲自动手做实验，要求学生熟练掌握中学化学实验中的基本操作，如各种仪器的正确使用，药品的取用，物质的加热，物质的溶解，过滤、蒸发，仪器的连接，装置严密性的检查等等。

2. 培养学生的观察能力

培养学生的观察能力是提高学生能力、培养学生创造性的重要途径，它在开发学生创造思维能力方面起着重要的作用。在化学实验教学活动中，教师要指导学生明确观察的目的，引导学生掌握正确的观察顺序和方法，指导学生运用多种感官进行观察。如实验前物质的颜色、状态等，实验过程中伴随着的各种现象，实验后的各种现象和变化等，均要进行全面、细致的观察，并及时如实地进行记录，使学生养成细致、全面的观察习惯，培养学生正确的实验观察能力。还需注意的是，要教育学生在观察时留意细微之处，培养学生一丝不苟的观察态度，也培养他们实事求是的科学精神。

3. 培养学生的分析能力

透过现象看本质。化学实验还是培养学生分析能力的重要手段。学生仔细、全面地观察到了各种实验现象后，自然会对各种现象的出现提出质疑，产生疑问，从而激发学生进一步去分析、判断、推理、归纳，找出现象背后的内在本质，逐步使学生的分析推理能力得以形成和提高。反过来，学生分析推理能力的形成与提高又可以促进学生对基础知识的掌握和深化。

4. 培养学生的创新能力

实验教学是培养学生创新能力的重要环节。做实验的目的并不仅仅是让学生学会操作，更重要的是让学生熟悉实验原理，突破教材的框框，大胆设想，寻找完成实验的最佳途径。通过实验设计的优化、试剂和仪器的选择、反应条件的控制、操作过程的细化等，有计划、有目的地引导学生进行自主探究，逐步培养学生的创新能力。

二、虚拟实验的优点

由于学校实验仪器的短缺，一些实验不能做，有些实验做起来复杂，而效果又不明显，有些实验危险示数大。利用计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术，进行虚拟实验，包括虚拟仿真实验室和flash课件，将虚拟实验运用于化学教学，能很好地模拟真实实验，很好地解决上述问题，降低了教学成本，提高了教学效率，使化学实验不再受时间、空间的限制。虚拟实验有着真实实验无法比拟的优点。

1. 虚拟实验弥补实验设备不足

真实实验需要借助于具体的实验设备与仪器，实验损耗大，实验成本高。而虚拟实验中的虚拟设备不存在着磨损、破坏，可反复使用。学校和化学教师无需担心设备的损坏和操作的安全。因此，虚拟实验的出现，从根本上改变了真实实验中实验仪器数量少、易损坏的弊端，既满足了教学要求，又节约了资金，有效地提高了办学效益，也极大地激发了学生的学习兴趣和积极性。

2. 虚拟实验学习时间空间开放

虚拟实验打破了真实实验的模式，实验者不受时间、空间的制约，可随时、随地进入虚拟实验室，选择相应的实验操作。虚拟实验还能够提高演示实验的可视度，实物演示实验教师在前边做，由于教室较大、学生多，只有前面的学生看的清，后面的学生很难看得清，或根本看不到，影响教学效果。因此，虚拟实验又很好地解决了真实实验中实验时间紧张、实验地点单一的弊端，提高了实验教学效果。

3. 虚拟实验节奏可控

利用计算机的模拟功能、动画效果、虚拟现实等技术，虚拟实验可以变模糊为清晰，变瞬间为缓慢，变缓慢为瞬间，直观效果明显。能够实现缓慢过程的快速化或快速过程的缓慢化，实验者还可随时控制实验的进展。

4. 虚拟实验具有安全性

在化学实验教学中，对于一些实验危险性较高，有毒有害、污染环境和破坏性实验，可用虚拟实验替代真实实验。例如九年级化学粉尘爆炸实验，实际做实验较危险，且实验不易做，在教学中，笔者利用多媒体动画演示该实验过程，而且将爆炸的瞬间变成慢动作。这样就没有任何安全隐患，也能很好地激发学生的学习兴趣，完全媲美真实实验。

三、真实实验和虚拟实验的交互

真实实验有着虚拟实验无法替代的教学功能，而利用多媒体仿真实验技术制成的虚拟实验，也有着真实实验无法比拟的优点，将虚拟实验与真实实验交互应用，就能扬长避短，达到教学效果的最大化。

1. 真实实验和虚拟实验交互应用，提高教学效果

利用多媒体技术制成的虚拟实验充满高新技术的气息，颜色搭配恰当，画面精美，能极大地调动学生的学习兴趣和求知欲。感受过虚拟实验后，学生做真实实验时可以避免出现盲目操作，减少仪器损坏，提高学习效率。如二氧化碳的实验室制法中，发生装置的选择，利用虚拟实验室中的仪器，如大试管、烧瓶、锥形瓶、长颈漏斗、分液漏斗、注射器、多孔塑料板、弹簧夹、铁架台等，让学生设计、组合发生装置，在虚拟实验室中，学生犹如身临化学实验室，兴趣倍增，设计出了各种合理的发生装置。

2. 真实实验和虚拟实验交互应用，提供示范作用

用真实实验与虚拟实验交互应用制造教学气场，实现共振效果。如过滤操作，首先用虚拟实验示范操作，使得实验中过滤操作细节变模糊为清晰，变瞬间为缓慢，而且使用时可以人为地适当停顿，穿插教师的讲解，让学生清晰感受过滤操作的注意事项，从而大大提高了真实实验时的成功率。

3. 真实实验和虚拟实验交互应用，培养创新思维

虚拟实验便于学生进行自主学习和探究学习，有利于创新思维的培养。学生可以在虚拟实验系统中运用已学知识进行综合性实验和探究性实验研究。由于综合性实验和探究性实验用到的仪器较多，装置复杂，因此，需要在实验教学中把虚拟实验和真实实验交互运用，以达到理想的实验效果。学生先在虚拟实验平台上设计实验，搭建装置，让学生产生一个从感性到理性的过渡，带着这个过渡和虚拟的模糊感到真实环境中验证，再发现问题、解决问题，使学生在从理论到实践，从实践再到理论的学习过程中，培养自己的的创新思维。

虚拟实验虽然快速、安全、方便、简洁，但也有它明显的不足。首先，虚拟实验没有实物，学生的实际操作能力得不到锻炼。第二，缺乏真实实验的氛围，师生间缺少情感交流。第三，虚拟实验过于理想化，很难完全反映真实实验的复杂性，对真实实验中的一些细节也无法模拟。第四，虚拟实验缺少了真实实验过程中偶发问题的检查和排除，就减少了学生自己分析问题、解决问题的机会。

综上所述，两种实验系统相辅相成，虚拟实验是对真实实验的模拟，但是虚拟实验绝对不能完全取代真实实验。在初中化学实验教学中，虚拟实验应以真实实验为依托，真实实验也应以虚拟实验为辅佐，极大地延伸课堂实验教学，拓宽学生实验的空间，使虚拟实验与真实实验在实现化学实验教学目标上相得益彰、优势互补。

（作者单位：江苏省泰州市苏陈中学 225300）