初中化学“虚拟实验”教学实践应用路径探究

陈春燕

(江苏省启东折桂中学 226200)

以信息技术以及虚拟现实技术开发出来的虚拟实验对初中实验课堂来说能够带来更多的优势，例如仿真实验室可以通过模拟实验环境开展各种花絮实验，突破了条件和空间的限制，也能够强化学生的学习效果.很多化学实验需要比较精密的仪器和精确的环境，而在现实课堂上是无法实现的.而利用虚拟技术可以将很多实验展示出来，为课堂提供丰富的感官体验，从而有利于提高实验教学的质量.所以深入研究虚拟实验在实验教学的应用方式是教育发展的需求，也是新时代对教师能力的要求.

1 丰富虚拟辅助教具，提高实验的生动性

在初中化学实验课堂的教学中，教师需要重视对学生实践能力和探索能力的培养，根据当下新时代教育的要求，化学教学也应该尽量让学生参与到实验实践中，通过引导学生观察真实的实验现象去思考化学问题，从中总结出化学规律，帮助学生更好地理解化学的理论知识，才能够提升学生的应用能力.而化学实验需要丰富的工具，但是初中化学大部分知识研究的是具有理想形态的现象，实验无法在正常的环境下开展，而虚拟技术可以提供丰富的教辅工具，比如虚拟实验室、在线模拟软件以及视频投放等，通过对虚拟环境的创建去模拟化学现象和实验过程，给予学生更加真实的学习体验，同时也能够让实验课堂变得更加生动.例如在学习分子和原子结构的过程中，可以利用虚拟实验中的交互技术向学生展示立体空间中分子原子的形状、组成，从而帮助学生构建化学模型，培养其化学思维.而且这样的虚拟实验更加真实和具体，学生可以得到立体的视觉体验，而教师在教学中也拥有了更加多样化的展示途径.因此教师在使用虚拟现实技术时需要深入研究虚拟实验的应用方式，特别是在实验教学中的一些教学工具和软件，教师们应该提前了解和熟悉，并且掌握不同软件使用的方法.比如虚拟软件、信息交互式平台等，要能够利用虚拟技术将实验的内容、过程以及操作的步骤等设计到软件上，向学生展示具有交互性、真实性以及形象性的实验课堂.

2 整合各种虚拟工具，提高实验的真实性

教师需要充分利用各种虚拟的教辅工具，为学生构建一个以认知主义学习理论为基础的虚拟实验课堂，提高学生的探索能力和自主学习意识，通过将主客体信息进行交互，推动学生在虚拟实验中将知识经验和实践活动进行充分地整合，并且可以在虚拟实验场景中实现对实验的操作，观察动画演示，不断完善学生的化学思维.比如在教学九年级上册有关分子的知识时，教师可以利用虚拟实验设计探究分子特征的实验方案，让学生可以用分子的观点解释生活中核试验中的现象.在该虚拟实验中，教师首先要使用实验创编系统对VR仿真交互课件进行创编，通过检验氧气实验的创编向学生展示生活现象，然后利用3D交互课件模拟放飞孔明灯，证明分子之间有间隔.再用3D交互课件验证液氧的助燃性，通过虚拟实验的展示让学生明白不同种分子的化学性质是不同的.这些虚拟实验都可以用视频的方式展示出来，避免了危险的产生，同时也更加全面.另外，教师还可以让学生进行VR实验，利用仿真实验室来探究更多的化学问题，利用虚拟化学实验的应用去强化学生的学习体验.

教师在应用虚拟实验开展教学活动时，要注重本质问题的突出，有效培养学生的化学意识，VR体验技术的出现为虚拟实验在化学课堂上的应用提供有力的支持.虚拟实验与传统实验有明显的不同，不仅方便操作，也有很好的互动性，化学实验要使用多种实验器材和化学材料，采取虚拟实验的形式能极大地避免资源的浪费，学生也能很好地体验到化学实验的全过程.教师要对虚拟实验的本质引起重视，应用的化学元素与实验相一致，让学生能够更好理解化学知识.学生是学习化学实验的主体，教师负责为学生创造良好的学习环境，在实验活动中设置科学的情境并有效引导.主要是实验操作，设计过程仍然要求学生独立完成，这也是强化虚拟实验价值的正确做法，保持学生在实验学习活动中的活力.

3 科学设计实验环节，提高实验的探索性

首先，教师需要利用虚拟技术来做好实验的准备，针对化学实验的内容、目标等来规划好课堂的重点，并且用AR技术来设计好教学的流程和内容，从而能够缩短教学的时间，教师也可以拥有更多的精力对学生的学习过程进行指导.其次，虚拟实验可以通过交互性的特点为学生提供一个平等交流的平台，因此教师在实验设计时可以在实验中构建一个信息输入、输出一一对应的场景，使学生在学习的过程中能够进行实时的信息反馈.在初中化学实验课堂上，教师还可以利用虚拟实验来模拟各种真实场景，激发学生进行实验研究的兴趣，通过将生活现象和化学问题结合起来，使得化学实验更加真实生动，给学生的视觉、听觉以及各个感官带来深入地学习体验，因此在教学化学课时，教师要尽可能地从生活实际出发引导学生对化学知识进行思考.在应用虚拟实验时，教师可以利用交互技术、仿真技术等功能对相关的信息进行整合，从而塑造真实的学习场景.当然，在设计实验环节时，也要发挥AR技术的价值和优势，通过创建真实的生活场景激发学生的学习积极性，同时展示多维实验数据和现象，帮助学生创建立体的学习模式，促进学生构建全面知识系统，提升学生的认知能力.

例如，在教学九年级下册第八单元有关金属化学性质时，要开展金属物理性质和某些化学性质的实验，为了让学生了解更多金属的性质，教师可以利用虚拟实验室引导学生开展对金、银等金属的探索.先出示一些生活中人们在接触、使用金银等首饰的场面，如银镯子变黑、金子耐烧等，以此引发学生对金银化学性质和物理性质的思考.再让学生针对实验的内容设计实验方法和实验的目的，然后让学生在虚拟实验室中选择所需要的实验材料、工具.最后可以通过燃烧实验、化学反应等实验去探索，在虚拟实验室中开展实验可以丰富实验的内容和类型，也可以针对学生的实验环境进行监督，提高实验质量.

4 丰富虚拟实验类型，培养学生综合能力

虚拟实验的应用除了可以创建比较真实的虚拟实验环境，给予学生一个沉浸式的实验场景之外，还可以在有限空间内展示复杂多样的实验现场，从而突破当下初中化学实验教学的瓶颈，让实验课堂变得丰富多样.

例如以上提到的分子和原子的探索模拟实验，实际上就是将宏观教学场景与AR技术进行融合的结果，主要可以引导学生从宏观的角度来分析原子和分子的区别，从微观上去了解其结构特点.教师还可以利用虚拟实验中的模拟实验创建交互式环境，学生不仅可以观察，还可以通过虚拟地操作去了解分子和原子在运动过程中形成的原理，也能够使许多无法利用真实实验验证的化学现象展示出来.例如石墨的微观结构、质量守恒定律的验证等.其次是利用虚拟实验来展示微观实验场景，例如研究水的组成，教师可以利用虚拟实验去创建虚拟环境，探索水分子的各种微观组成.除此之外，虚拟实验还可以与互联网信息技术结合起来，促进学生去开展仿真实验探索.比如在研究氧气的实验室制取与性质的实验时，学生可以在虚拟实验技术和互联网支持下调整相应的实验数据，设计实验过程，并且选择实验器材，从而自主构建实验过程.例如对实验原料的制取、实验工具的使用、实验现象的记录等，促进学生更加近距离地观察实验现象.而在此过程中，教师可以让学生灵活运用软件设计不同的实验问题，有利于强化实践研究的体验，也能够提高学习效果.同时教师也可以实时查看学生的实验情况，掌握他们的实验水平，以此来开展针对性指导，提升学生实验探索能力.

5 模拟危险化学实验，增强学生理解体验

教师可使用虚拟实验为学生呈现一些错误操作并产生不良的后果.比如加热高锰酸钾制备氧气，正确的操作是实验反应结束后，先把导管撤出水槽，然后再熄灭酒精灯.如果实验操作失误，先把酒精灯熄灭，然后再把导管撤出水槽，就会发生水倒吸的现象，试管也有炸裂的可能.再比如稀释浓硫酸的实验，正确的操作是将酸加入水，而不是将水倒进酸，错误的操作会导致液体剧烈沸腾，四处飞溅的酸液是非常危险的.教师在实际做实验时，不会在学生面前做错误的示范，否则将危及个人的人身安全.而如果只是单纯地口头表述，学生则可能不以为然，印象也不够深刻.此时就可以使用虚拟实验为学生演示错误的操作，虚拟实验完全不需要担心安全问题，但是又能给学生带来逼真的体验，在视觉上和听觉上感受到错误实验的危害性.这种直观的体验能够在学生的头脑中留下深刻的印象，这对学生增强规范操作实验的意识非常有效.

虚拟实验不仅可以模拟危险的化学实验操作，还能模拟定量类的实验，进而生成正确的数据表格，形成正确的化学图像.应用虚拟化学实验平台，将定性的化学实验转化为定量的化学实验，可不使用传感器这一类高端的化学实验设备.

综上所述，在初中化学实验教学中，虚拟实验的应用是新时代发展的重要方向，同时也是提高整个教学质量的重要手段.在具体课堂上如何应用虚拟实验还需要根据学生实际学习需求和内容去进行设计，而且教师也要提升对新技术的应用和开发能力，为学生创建一个真实有效的实践环境，以培养学生的综合能力.