“虚拟实验微课程”在“物理化学实验”教学中的应用研究

茹婷婷 金石

摘    要：随着现代信息技术的飞速发展和网络资源的不断丰富，将微课程和虚拟实验引入到“物理化学实验”教学中成为可能。文章以“蔗糖水解反应动力学”实验为例，提出了一种“线上线下—虚拟实验与微课程相结合”的“物理化学实验”教学新模式，有效弥补了传统实验教学中存在的不足，解决了实验仪器短缺、实验存在安全隐患、实验时间和地点受限等问题，激发学生对“物理化学实验”的兴趣，培养创新意识，提高实践能力。

关键词：“物理化学实验”;教学模式;微课程;虚拟实验

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2022）02-0076-02

“物理化学实验”是化学实验的一个重要分支，其特点是理论与实际紧密结合，是一门化学与物理学高度交叉的学科，在物理化学学习过程中实际上是运用物理学的方法解释化学变化之间的相互关系[1]。随着现代信息技术的飞速发展和网络资源的不断丰富，教育者不断地探索将虚拟技术引入到实验教学中，以解决化学实验仪器短缺、实验存在安全隐患、实验时间地点受限等问题[2]。文章介绍了一种将微课程资源以及虚拟实验引入到“物理化学实验”教学中的教学方法，构建了一种“线上线下—虚拟实验与微课程相结合”（简称“虚拟实验微课程”）的

教学模式。

一、“物理化学实验”教学现状分析

（一）学生预习效果不好

学生在预习过程中没有按照要求认真思考，存在“抄

书”情况。物理化学实验步骤烦琐、数据处理复杂，如果学生预习不充分，仅通过教师课上短时间的讲解，不能充分地理解实验原理及具体的实验操作意义，导致其在实验过程中出现“照方抓药”和“依葫芦画瓢”的现象。其原因主要是实验指导书中的原理和内容比较枯燥，缺乏趣味性和探索性，不能激发学生学习兴趣。

（二）教学方法落后

传统“物理化学实验”教学模式为教师讲解演示—实验时教师辅导—实验后上交实验报告—教师点评实验。由于“物理化学实验”具有原理复杂、实验操作烦琐、数据处理难的特殊性，在实验过程中一旦出现与预期实验数据不同的情況，学生不能够自主分析并解决问题。虽然教师能够给予一定的辅导，但辅导具有滞后性，实验数据与预期有很大差别，最终导致实验失败，从而打消学生参与物理化学实验的积极性，甚至惧怕上“物理化学实验”课。

（三）受学时限制

教师讲解要占用一部分时间，若要在有限学时内完成实验，教师就不能与学生有过多互动，否则会导致部分学生不能在规定学时内高质量完成实验。以“蔗糖水解反应动力学”实验为例，总学时4学时，需要进行3组平行实验操作，由于实验内容较多，导致实验时间较紧张。在实验过程中，学生首先要熟练使用旋光仪，并保证读数的正确性，否则很难得到合理有效的实验数据。其次课后对实验数据的处理过程比较复杂，学生在课上要弄明白，不然整个实验只得到数据而无法得到最终实验结果。

（四）教师演示实验受距离和角度的限制

化学实验具有较强的动手操作性，而物理化学实验需要利用中大型的仪器设备辅助完成实验。教师在授课过程中除了需要讲解实验相关内容外，还需要演示实验具体操作、实验装置搭建流程以及中大型仪器设备的使用方法。目前，各个高校每个自然班的人数约为30～40

人，由于学生人数较多，在不具备分班教学的条件下，教师在演示实验过程中受到观察距离和角度的限制，无法将整个实验操作以及具体的细节操作清晰地展示给每位学生，导致学生在动手操作实验过程中出现很多问题。

基于以上不足，文章以“蔗糖水解反应动力学”实验为例，构建了一种“线上线下—虚拟实验与微课程相结

合”的“物理化学实验”教学新模式，即教师录制讲解微视频，包含实验目的、实验原理、实验步骤以及实验数据处理等重要知识模块，发送到网络平台供学生学习使用。学生遇到问题可以提前查阅相关资料或者通过微课程平台与教师互动学习，使学生发挥学习主观能动性;接下来，学生利用虚拟仿真实验平台进行相关实验的操作练习，增加实验预习过程的趣味性、交互性和操作性;然后，学生在教师指导下在实验室完成实验操作过程;最后，教师根据学生的预习情况、实验室操作过程以及实验报告进行考评。

二、“虚拟实验微课程”教学模式的设计和实施

（一）线上微课程导学

教师根据具体实验内容，录制相关微课程，包括实验原理的讲解、实验步骤以及操作注意事项等;学生对于难以理解和掌握的内容可以通过提前预习讲解加深理解。教师在微课中可以给学生布置小任务，一方面检验学生的预习效果，另一方面激发学生的主观能动性，使学生能够提出一些问题，并通过查阅资料或者与教师探讨，进行探究式学习。以“蔗糖水解反应动力学”实验为例，针对实验原理中出现的物质的光学性质以及如何判断某一旋光性物质是左旋还是右旋的问题，学生可以通过自己查阅资料来学习。在实验步骤中，为什么配制蔗糖溶液可以用粗天平进行称量;在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，为什么把盐酸溶液加入到蔗糖溶液中去，如果把蔗糖溶液加入到盐酸溶液中去，对实验结果是否有影响，为什么？对于这样的问题，传统“物理化学实验”课中都是教师让学生简单思考后讲解答案的，而采用线上微课程导学可以给学生充分的时间进行思考，有助于激发学生学习主动性。

（二）学生利用虚拟仿真实验平台进行预习和操作练习

学生在观看线上微课程之后，可以利用虚拟仿真实验软件进行相关的实验操作。学生在手机或电脑上下载移动虚拟实验室软件，该软件具有操作简单、画面立体生动、操作细节设计详细的特点，利用该虚拟实验平台可以模拟实验室实景和具体实验操作流程。具体操作如下：通过点击屏幕或利用鼠标移动进入移动虚拟实验室，该软件有练习和测试两种模式，对于初学者可先进入练习模式，选择“物理化学实验”，点击要预习的实验项目，系统会自动载入所选的实验并出现相关的虚拟操作界面。以“蔗糖水解反应动力学”实验为例，具体的实验操作包括：认识仪器、溶液配制、恒温装置调节、旋光仪零点校正、30℃时不同时刻蔗糖水解时旋光度的测定。在虚拟实验练习过程中，如果遇到操作上的问题可以通过系统中“T”键进行提示。在操作过程中如果出现不正确的操作，系统会自动停止，直到操作正确，才会进入下一步操作。该软件类似于“闯关游戏”，只有完成“关卡”，才能“解锁”下一个“关卡”，具有很强的趣味性，提高了学生学习兴趣。通过虚拟实验的操作练习，能够使学生进行“身临其境”的实验操作，更好地掌握实验流程以及操作注意事项，为顺利完成线下实验室操作做好准备。

（三）线下实验室操作

化学实验作为化学学习的一个重要组成部分，在任何情况下都具有重要且不可取代的地位。即使现在已经有了先进的虚拟实验操作系统，在手机或电脑上就可以完成实验操作以及实验数据处理并得出相应结果，但线下实验室操作环节仍是不可缺少的，因为在实际动手操作过程中会遇到很多问题，这是在线上固定操作系统中不会出现的随机问题。化学实验具有不可预测性，正是这种不可预测性才会使人们在科学技术上取得进步，所以学生需要在线下实验操作过程中发现问题、解决问题，提高实践动手能力，培养创新精神。

（四）评价考核

传统实验成绩的评定主要由预习报告、学生实验操作情况以及实验报告的撰写三部分构成。传统预习报告是以纸质的形式上交，所以大部分学生都是以“抄书”形式进行预习，没有进行深入思考，不善于发现和解决问

题，对于在预习过程中遇到的问题不能充分发挥学习主观能动性去解决[3]。引入微课程教学以及虚拟实验操作系统后，对于学生综合成绩的评定更加客观，学生实验成绩由课前预习、虚拟实验操作、实验室操作完成情况以及实验报告综合评定构成，对于教师不可控的课前预习也变得可以定性评价。

文章通过分析传统“物理化学实验”在教学实践过程中存在的不足，提出了“虚拟实验微课程”教学模式，该教学模式在实践过程中取得了较好的教学效果，使学生不再被动地、机械地操作实验，有效激发了学生学习的自主

性、积极性，提高了学生在“物理化学实验”教学中的参与度，对于提升学生实验综合素养和培养创新思维具有重要意义。

参考文献：

[1]  焦雨蒙，高晓晓，魏本宏，等.基于VR的沉浸式虚拟实验室设计研究[J].数字教育，2020，6（4）：38.

[2]  申文竹，安维岳，刘丽，等.基于虚拟仿真技术的热分析实验教学探索与实践[J].化学教育（中英文），2020，41（22）：84.

[3]  张海军，闫琼，张睿，等.虚拟仿真实验项目建设质量评价研究[J].实验技术与管理，2020，37（9）：174.

■ 编辑∕陈晶

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