运用“仿真化学实验室”打造高效化学课堂

马丹妮，陈 艺，王宇飞

(云南师范大学，云南 昆明 650000)

化学这门课程最大的特点莫过于化学实验了。化学知识来源于实验，发展于实验，因而化学实验对整个化学这门课程来讲其重要程度不言而喻。化学实验是激发学生学习兴趣的一个重要手段。“化学仿真实验室”不仅可以帮助教师设计出视觉效果逼真的仿真实验，同时可以利用此软件向学生展示实验原理和实验过程，或是在正式实验前用于学生演练操作，有利于学生全面深刻认识实验过程和实验原理。

1 高中化学实验教学现状

由于受传统教学观念的影响，许多中学化学实验课堂无法做到以学生为主体，更加没有注重对学生化学学科素养的培养与提高。涉及到实验的课堂多数情况下依然是以教师为主体，忽略了对学生实验能力的培养。

高中化学实验涉及面广泛，涵盖无机、有机、化学原理等等方面，并且以其丰富的内涵在化学教学中扮演着重要的角色[1]。长期以来，在“唯分数论”的笼罩下，中学化学实验的开展受到了许多限制。为了不落下教学进度，很多实验都停留在“教师讲学生听”的层面。与此同时，中学化学有些实验操作和流程较为复杂，对刚接触化学实验又没有太多时间去练习的高中生来讲，实验过程可能不会得心应手。几次操作失败的实验，就有可能影响学生对化学的学习兴趣。因此，适当简化化学实验，借助于网络时代的科技力量来辅助化学课堂教学，使得教学过程简明而不失丰富，以此来提升学生的化学学习兴趣，“化学仿真实验室”这个软件就是一个很好的选择。

2 “仿真化学实验室”软件介绍

“仿真化学实验室”是由南京金华科公司开发的一款化学教学软件，包括仿真化学实验室、三维分子，以及中学化学小百科三个应用程序[2]。“三维分子”可以向学生多方位地展示各种有机分子的三维立体模型，“中学化学小百科”里可以查阅各类元素的详细信息，而最主要的就是“仿真化学实验室”这个应用程序。运用“仿真化学实验室”可以完成各类化学实验的演示及探究，能带给学生直观明了的实验过程，同时还可以智能的运行实验，为教师和学生提供准确的实验数据[3]。在“仿真化学实验室”这个虚拟的化学实验室中各类中学涉及到的化学反应，都可以完整的模拟出来。同时，在线下演示实验中不易观察到的细微实验现象，在“仿真化学实验室”中通过设置化学反应速度来捕捉。比如，在进行检验CO2的实验中，将CO2通入澄清石灰水溶液，可以通过在属性栏中改变反应速度来更好的观测实验现象。总之，利用“仿真化学实验室”可以同步获得化学反应现象和反应数据，同时可以让学生全程模拟实验步骤，加深学生对于化学反应的理解。

3 “仿真化学实验室”的演示

以检验CO2为例，首先打开“仿真化学实验室”软件，可以看到左边有两列实验仪器如图1示。首先我们要确定本次实验所用到的实验仪器：250 mL 锥形瓶、50 mL 分液漏斗、100 mL 集气瓶、导管。药品分别是0.5 mol的 CaCO3固体、100 mL H2O、40 mL，0.5 mol/L 的HCl溶液、40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。

第一步,搭建反应仪器，点击左侧的锥形瓶。选择 250 mL 规格，再点击空白界面，界面上就会出现一个 250 mL 锥形瓶，按同样的方法选择 50 mL 分液漏斗、100 mL 集气瓶以及导管。右击锥形瓶，出现菜单框，点击塞子给锥形瓶添加上塞子。按照实验要求搭建好反应仪器。

第二步，添加药品。右击锥形瓶，出现对话框，点击添加药品，在弹出的对话框里选择固体一栏。找到CaCO3固体，在物质的量一栏输入0.5，点击添加。这时CaCO3固体就被添加到锥形瓶中了。以同样的方法，分别在分液漏斗中添加 40 mL 0.5 mol/L 的HCl溶液，在锥形瓶中添加 100 mL H2O，集气瓶中添加 40 mL 0.01 mol/L 的Ca(OH)2溶液。如图2示。

图1 打开“仿真化学实验室”软件 图2 添加药品

第三步进行反应。点击工具栏上的运行按钮运行实验。这时在刚刚搭建好的仪器上就可以操作仪器使反应开始进行。点击分液漏斗，其旁边出现三个按钮，分别是“打开”“关闭”“点滴”。点击“打开”，此时分液漏斗中的HCl溶液进入锥形瓶开始和CaCO3固体反应，生成的CO2进入集气瓶和 Ca(OH)2溶液反应，如图3。但是反应过程略快导致我们无法观察清楚集气瓶中的Ca(OH)2溶液是否变浑浊。对此可以修改反应速度。点击工具栏的停止按钮，然后点击锥形瓶，在弹出的菜单框中选择“属性”。出现“容器的属性”这个对话框，点击容器中的反应，删去第二第三个反应，只保留课本实验中的反应方程式，并把右侧的反应速度设置为原反应速度的1/5即0.002。最后点击 “容器相关设置”，不选智能处理反应。此软件中，智能处理反应是从化学反应方程式库中选择出来的。设置完成后再点击运行实验，此时看到实验速度明显变慢，观察集气瓶也可以看到集气瓶中的Ca(OH)2溶液先变浑浊再变澄清，如图4示。

图3 运行实验

图4 观察集气瓶

第四步分析实验数据。实验数据可以通过为容器中的药品定义变量来获得。如为CaCO3固体定义变量，需要在集气瓶属性对话框中点击“容器中的药品”里的“添加”按钮为集气瓶添加数量为0的CaCO3固体，然后点击添加的CaCO3固体在弹出的对话框里点击“定义变量”按钮，可以选择定义其mol或者是质量。在对实验过程中的某一生成物或者反应物进行定义变量之后我们就可以在运行实验的过程中实时观测到这一药品量的变化情况，同时还可以使用曲线对象绘制变量的曲线变化情况，这有益于后期对实验数据的分析处理。

4 运用“仿真化学实验室”打造高效化学课堂

以现代教育手段辅助课堂是中学化学教学改革的必由之路，将“仿真化学实验室”这个平台与传统化学课堂相融合，不仅可以延伸化学课堂时空，帮助教师打造立体高效的化学课堂[4]，同时还有利于提高学生学习化学的兴趣，培养学生的综合实践能力与创新意识，让传统的化学课堂变得更加出彩，更加高效。

1)利用“仿真化学实验室”制作优质课件

教师在教学中可以用“仿真化学实验室”软件，将不便于在线下演示的化学实验制成课件。由于本软件可以智能处理反应，不仅让化学实验课堂不受空间限制，还可以使学生多次观察实验现象，不受时间的限制。运用此软件教师还可以充分向学生展现反应机理，比如化学能转变为电能等方面的知识，使得学生可以更直观的理解原电池的工作机理，这是传统课堂所不能做到的。

2)教师演示化学实验，提升课堂效率

在课堂中运用“仿真化学实验室”进行演示实验以代替实际实验操作过程中较难操作的、有毒有害的或者实验现象不易观测的实验，以此来提升课堂效率，也可弥补实验条件不足的限制。用“仿真化学实验室”制作出的课件，相比其他软件来讲，不仅实验过程清晰，同时由于本软件版面设计等方面简洁明了，操作便捷，因而可以大大缩短教师备课时间，减轻教师备课任务。

3)学生运用“仿真化学实验室”操作练习实验，提升学生的创新意识与探究能力

“仿真化学实验室”不仅可以方便教师，同时还可以为学生提供更加简捷上手的虚拟实验操作。比如一些探究性的实验，常常需要变换反应条件，多次进行验证性的实验，如果用传统实验方案的话，一方面造成时间的浪费，另一方面如果学生的实验过程操作失误，或者由于另外一些不可控因素造成实验不成功，则会打击学生的学习热情[5]。另外，由于“仿真化学实验室”可以高度还原实验过程，其所打造的虚拟实验室可以让学生在教师的引导下自主设计探究性实验。实验的每一个步骤都可以让学生用鼠标来进行，十分有助于学生对于实验的理解和认识。

5 结语

综上所述，“仿真化学实验室”不仅可以弥补部分学校化学实验室硬件设施不足的短板，还可以帮助教师制作高质量课件以提高课堂效率。学生通过运用“仿真化学实验室”来进行实验的练习可以提高探究能力。另外，在信息时代的大背景之下，我们可以看出未来远程在线教学将越来越融入我们的教学过程中。那么作为一门以实验为基础的学科，“仿真化学实验室”不仅提高了学生动手动脑和观察思维能力，同时也真正做到了使学生真切感受到虚拟化学实验的乐趣，大大提升了教学效率，也推动了化学实验教学的改革步伐。