虚拟实验在高中化学实验教学中的应用实践

田甜

摘 要：“胶体的性质”实验存在一定难度，对学生提出了较高要求，所以很多教师在开展实验教学时会遇到一些问题，导致教学效果并不是很理想。而虚拟实验的应用可以降低实验难度，提高实验效果，使学生能够提升在实验活动中的参与度，在学习知识的同时进一步提升学生的实验能力。所以，在高中化学教学中，教师需要将虚拟实验的应用重视起来，本文从问题、概念、特点、优势、策略五个方面入手，阐述了虚拟实验在“胶体的性质”实验中的应用。

关键词：虚拟实验；高中化学；实验教学；应用

在时代的发展下，实验教学在高中化学教学中的作用越来越重要，地位也越来越高。所以在实施化学教学时，教师需要对理论知识进行有效学习，并对学生的实验能力进行有效培养。而虚拟实验的应用能够为学生提供相应机会，可以使学生能够充分参与教学活动，在动手操作的过程中理解知识、培养能力。所以，教师需要将虚拟实验应用于高中化学实验教学中。下面就实验教学的开展进行了研究，以期为教师带来一定的启发，进一步提高教学活动的有效性。

一、高中化学实验教学中存在的问题

化学是高中阶段的重要组成部分，其隶属于自然科学，实验教学是化学教学的重要组成部分。但是在一些因素的影响下，教师在开展化学实验教学时会以讲述的方法进行化学实验的原理、化学实验的过程、化学实验的现象的介绍，根本没有达到相关要求，所以学生在学习过程中不利于强化对知识的理解，甚至认为化学学习很难，不愿意参与到教学活动中，导致教学效果不太理想。下面就高中化学实验教学中存在的问题进行了阐述。

（一）实验条件和实验内容具有局限性

虽然实验教学是高中化学教学的重要组成部分，但是，我国地域辽阔、不同地区的经济水平不同，导致不同学校的实验条件参差不齐[1]。比如一些贫困地区的高中受经费的影响，无法引入适合的实验仪器、实验试剂，导致实验教学无法顺利开展。同时，部分教师在开展实验教学时以教材为重点，而且对相关资料产生了依赖感，导致实验教学的开展存在单一枯燥等问题。也就是说，在这样的实验教学中，学生是根据教师提供的实验步骤完成实验，而没有经历自主探究的过程，所以实验教学的效果并不是很理想。

（二）实验仪器及试剂存在危险性

高中化学实验教学中，通常会用到一些玻璃制品，使用的化学试剂也会产生一定的化学反应，而且部分试剂是具有强腐蚀性的酸或碱。高中生虽然有着一定的学习经验，但是受一些因素的影响，学生并没有掌握实验教学的策略、技巧，导致实验过程中存在处理不当等问题，带来了很大的安全隐患。

（三）实验试剂和反应产物的污染性

高中化学课程标准中的化学实验用到了很多的反应试剂，也会产生各种各样的反应产物。如果教师没有按照实际情况进行科学系统的分类、保存、处理，将会出现学校周围环境受到污染的情况[2]。

（四）实验过程复杂且缺乏严谨性

传统的化学实验涉及了较多内容，而且在实验过程中对学生的技术水平、知识掌握情况提出了较高要求，所以，实验过程费时费力。在这种情况下，很容易出现实验效果不精确的情况，导致教学效果不太理想，且学生无法准确地掌握相关知识。

二、虚拟实验的概念

虚拟实验最早出现于1989年，是由美国弗吉尼亚大学的威廉·沃尔夫教授提出的。当时，其只是一种可以为不同位置的实验人员提供交流及协作工作、共享实验资源和数据的计算机网络化环境。但是在不断研究下，虚拟实验得到了进一步的发展。1999年，联合国教科文组织提出了虚拟实验研究中心和虚拟研究实验室的科研和教学模式的构想，并对其进行了定义：为进行远程协作、实验探究或其他活動，借助分布式通信技术并发布结果的电子工作室。

三、虚拟实验的特点

相较于现实生活中的实验室，虚拟实验在教育和科研方面有着一定的优势，如：

（一）成本低廉

虚拟实验可以在不用仪器或者使用少量仪器的基础上进行化学实验。所以利用虚拟实验可以有效减少试剂设备购置、管理、维护过程中产生的费用，从而充分降低相关成本。

（二）自主性

虚拟实验相对自由，开放性较强，而且是网络平台，学生和教师可以根据自己的实际需求进行实验的时间、仪器、地点、内容、方法的选择，为实验教学及实验练习的有效安排提供保障，从而激发学生的学习欲望，使学生具备一定的自主探究的兴趣[3]。

（三）交互性

虚拟实验是一种以网络为基础的远程教育，可以对传统教学活动进行有效优化，解决只能看不能动手做的问题。在实验过程中，教师、学生、网络实验室系统能够进行有效互动、交流[4]。所以，师生之间、生生之间能够进行科学合理的合作、学习，能够在操作的过程中，形成较强的实践能力，实验教学的效果能够得到充分提升。

（四）高效性

借助虚拟实验中的复习平台的功能，学生能够在学习过的理论知识的基础上进行研究、实验，可以在练习的过程中加强对知识的认知，从而避免学生在实验过程中出现操作不规范、安装不正确的问题，并提高学生的各项能力，确保学生能够具备解决问题的实力，从而提高教学活动的有效性。

（五）安全性

化学实验具有一定的危险性。而虚拟实验的有效应用，能够通过软件仿真模拟技术构建仪器、试剂，可以使学生在电脑的支持下进行实验操作，从而避免在参与实验的过程中使学生、仪器受到伤害。在这种情况下，实验过程的安全性能够得到充分提升。

四、虚拟实验在高中化学实验教学中的优势

传统实验教学中存在一定不足，而虚拟实验的有效应用，可以对传统的实验教学的内容及组织形式进行有效创新，从而使高中化学实验教学的效率及质量得到提升，使学生产生一定的学习兴趣，并帮助学生形成一定的能力。

（一）掌握实验原理、方法及操作过程

在开展实验活动之前，教师需要考虑到学生的学习情况，并通过适当指导使学生能够对视频进行有效观看，在观看的过程中，强化方法、原理及操作的认知。在学生对相关内容有了一定的了解后，教师可以鼓励学生进行虚拟实验探究。基于该过程，学生可以强化对知识的认知，可以发现化学学习的魅力，从而对相关知识的学习产生较大的兴趣。

（二）激发学生主动学习的意识

以往的教学活动是有一定的局限性的，这是因为实验仪器和实验时间相对有限，所以学生能够参与实验的次数、能够操作仪器的次数是有限的。因此，为了避免浪费资源，学生只能在教师的安排下进行实验，并没有自主探究的机会。所以，很多学生只是对知识进行了浅层学习，未了解知识的本质内涵，也没有形成学习能力，达到相应的学习

目标。

（三）帮助学生完成无法完成的实验

虚拟实验具有突破时间与空间的限制，将虚拟实验运用起来，可以使学生在Flash动画的指引下直观有效地观察相关内容、引发学生的联想，从而使学生能够强化对相关知识的印象、积累一定的经验，基于原有认知结构同化学习到的新知识，从而引发学生的学习兴趣，培养学生的探究精神，进而提高实验教学的效率及质量。

五、虚拟实验在高中化学实验教学中的应用策略

（一）运用虚拟实验增强教学活动的趣味性

化学学科十分严谨，不管是理论体系，还是知识结构都对学生提出了较高要求。而想要使学生科学有效地学习知识，就势必要帮助学生形成一定的学习能力，如动手操作能力、知识总结能力等，以确保学生能够灵活运用所学知识有效地解决问题。而通过虚拟实验的有效应用，能够确保教学活动的趣味性得到增强，可以进一步激发学生的学习积极性，使学生更好地对知识进行内化，并在原有的基础上得到提升与发展。

例如：在教学“胶体的性质”时，教师就需要明确，本课的教学目标为：1.了解胶体有着怎样的性质和作用。2.借助胶体性质实验的有效开展使学生能够具备较强的观察能力、实验探究能力。带领学生对化学实验现象进行有效分析、研究，从而使学生形成一定的思维能力。3.帮助学生形成熱爱科学及灵活运用科学知识解决问题的意识及能力，使学生能够主动积极地关心环境。4.使学生能够产生一定的学习兴趣、获得一定的学习动力。5.帮助学生在学习过程中，掌握观察方法、实验方法、逻辑推理方法。基于此，教师需要将虚拟实验利用起来，通过其优势使教学活动更加有趣，从而达到理想的教学目标。此外，虚拟实验的有效应用，能够有效突破时间、空间、器材等的限制，可以将化学实验原原本本地呈现在学生面前，使学生亲身经历相关过程，获得一定的体验。

由此可见，虚拟实验的有效应用可以增强教学活动的趣味性，确保学生能够产生学习兴趣，并对知识进行有效内化，逐渐形成一定的学习能力。

（二）运用虚拟实验，提高团结协作能力

在教学活动中，教师应当考虑到学生接下来的学习与发展。也就是说，不仅要基于教材中的内容进行详细讲解、有效教授，更需要确保学生能够形成一定的学习能力，使学生掌握一定的学习方法。由于虚拟实验的应用在提升学生的团结协作能力方面有着一定的积极意义，而且可以使学生之间更加默契，因此，教师不妨将其利用起来。

例如：在教学“胶体的性质”时，教师就需要确实明确，每个学生都是不一样的，所以他们之间有着很明显的差异。有的学生特别喜欢化学，有的学生不太喜欢化学，有的学生学习能力较弱等。统一化的教学方法固然可以完成教学，但是教学效果并不是很理想。基于此，教师可以将分组合作学习法利用起来，使学生以小组的形式进行探究。由于学生的想法不一样，所以在小组合作学习的过程中会进行有效思考，可以进行思维的有效碰撞，从而取得理想的教学效果。在进行小组划分之前，教师需要对学生的实际情况进行了解，并遵循同组异质、异组同质的原则进行小组划分，并通过适当的指导，从而使实验教学能够顺利开展。

由此可见，团队的力量是伟大的，在小组合作学习中，学生能够将自己的效用最大限度地发挥出来，实验操作会更加科学合理，学生也可以更好地在实验教学中获得体验、感悟。通过这样的教学活动，学生能够对理论知识进行进一步的了解，可以快速有效地内化知识；可以形成一定的团队意识，主动积极地与他人合作解决自己无法解决的问题；可以具备团结协作的能力。而这能够使教学效果得到有效提升。

（三）运用虚拟实验进行情境创设

现代教育学家认为，思维培养一定要经过发现问题、解决问题的过程，而且其关键是学生对问题的看待方式。由于教学情境的创设能够达到这一目的，所以教师可以将虚拟实验利用起来，通过科学合理的情境创设，确保学生能够走进化学实验研究的世界，并且在该过程中进行有效思考、深入探讨。

例如：在教学“胶体的性质”时，教师就可以逐一提出如下问题：1.同学们，在生活中我们经常会遇到豆腐如何制作，黄河三角洲怎么形成，不同牌子的墨水不能混用等问题，这些都是为什么呢？学习了今天的内容，这些问题将迎刃而解。2.同学们注意观察你面前的Fe（OH）3胶体、CuSO4溶液、泥沙浊液外观特征。3.有些液态胶体也是透明的，我们凭借肉眼是很难有效划分的？那么怎么能将它们区分开来呢？4.用激光笔光束分别照射CuSO4溶液、Fe（OH）3胶体，观察有何现象？5.胶体为什么会有丁达尔效应？在这些问题的指导下，学生能够走进一定的情境，之后教师可以将虚拟实验引入，使学生主动进行探究。在探究之前教师可以给予学生一定的指导，使学生能够基于自己所学的知识自主设计实验，从而在强化对知识的认知的同时，能够为实验活动的顺利开展提供保障。在学生获得实验结果后教师可以讲解化学反应方程式，从而强化学生对知识的认知。如果学生在学习过程中出现了一些问题，而课堂教学的时间有限，无法进行针对性的讲解，教师就可以鼓励学生在课后将虚拟实验利用起来，通过进一步的研究强化对知识的认知，训练自己的思维，形成较强的动手操作能力，进一步开阔自己的视野，从而提高教学活动的效率及质量。在这样的教学活动中，学生可以发现虚拟实验的价值，可以在情境创设中进行进一步探究，从而快速有效地内化知识，树立正确的意识及观念，教学活动的效率及质量也能够在一定程度上得到提升。

也就是说，教学情境具有一定的生动性，可以为虚拟实验效用最大限度地发挥提供保障，可以使学生拥有一定的学习机会，可以发散学生的思维，使学生能够在走进化学世界的同时学习知识，拓宽自身视野，感知化学知识的魅力，进而对其产生一定的热情。

结束语

综上所述，可以看出，虚拟实验可以弥补传统实验教学的不足，可以使化学实验教学顺利开展，可以使学生在实验的过程中强化对知识的认知、形成一定的学习能力，并帮助学生成长为国家所需要的社会主义接班人。所以教师需要将其充分利用起来。那么虚拟实验应该在高中化学实验教学中如何进行应用呢？本文就此进行了深入研究，提出了几个简单有效的方法。比如：运用虚拟实验增强教学活动的趣味性；运用虚拟实验，提高团结协作能力；运用虚拟实验进行情境创设。教师可以结合实际情况进行应用。如此一来，虚拟实验的效用就可以在高中化学教学中充分发挥出来，就可以使学生对化学学习产生一定的热情，在强化对知识的认知的同时，形成相应的学习能力，进而为学生接下来的化学学习提供保障。

参考文献

[1]卢光林.信息技术优化高中化学实验教学浅探[J].计算机产品与流通，2019（5）：184-185.

[2]郭磊.谈基于信息技术支持的高中化学实验教学方法[J].新课程（下），2018，456（8）：121-122.

[3]蒋艳萍.高中化学实验教学中计算机信息技术的应用分析[J].文化创新比较研究，2018，2（9）：136-138.

[4]范宗山.基于信息技术支持的高中化学实验教学方法[J].中国教育技术装备，2017，425（23）：136-138.

本文系福建省宁德市基础教育科学研究2022年度课题“信息技术支持下的高中化学实验创新教学研究”的研究成果，课题立项批准号：FJNDKY22-63。