手机平台虚拟仿真技术辅助高中化学实验教学实践研究

摘要：虚拟仿真技术作为高中化学实验教学的一种重要辅助工具，以其高度还原的仿真系统以及交互性、沉浸性和构想性等特点，在实验教学中得到了广泛应用。虚拟仿真技术在实验教学中的应用，既可以有效避免实验过程中的安全风险，还有助于降低实验教学的总体成本。鉴于这些优势，本文探讨了基于手机平台的虚拟仿真技术如何辅助高中化学实验教学。

关键词：高中；虚拟仿真技术；化学实验

一、引言

化学是一门以实验为基础的自然学科，实验教学在提高课堂教学质量、帮助学生更好地记忆和理解所学内容方面具有重要意义。但在实际教学过程中，由于受到实验操作空间、设备条件等方面的限制，课堂上的实验教学往往采取口头讲解或观看实验视频的方式进行，这使得学生在知识内化过程缺乏感性认识，也无法深刻体验到做实验带来的乐趣。为了解决这一问题，可以借助手机平台虚拟仿真技术。虚拟实验室的应用不仅可以规避实验中的安全隐患，还能有效解决设备不足的问题，让学生能够参与到实验操作过程中，从而对培养化学学科核心素养产生积极影响。

二、手机平台虚拟仿真技术的优势

（一）安全性较高

在高中阶段，学生的知识储备相对较少，特别是在化学方面，对于实验操作还缺乏经验，实验安全隐患较大。因此，在进行化学实验教学时，教师应考虑到这些因素，切实保障学生的安全。针对实验中可能存在的风险，可以采用虚拟仿真技术进行模拟实验，避免直接在实验室中操作具有较强反应性的试剂。通过虚拟实验，学生可以更安全地进行实验操作，并在模拟的环境下理解和掌握化学实验的重点内容，从而避免潜在的安全隐患。

（二）无污染

许多化学原材料带有一定的危害，但高中化学实验通常需要使用这些化合物和溶剂。据相关资料显示，一些实验做法与当前的生态环境保护理念不符，且未达到绿色化学实验的要求，实验操作中产生的气体可能对环境造成不良影响。因此，在实践中，可以合理引入虚拟仿真技术，对某些有害实验进行模拟，以减少对环境的影响[1]。这种替代方法有效避免了化合物和溶剂的使用，不仅无污染无危害，而且能够保护生态环境。

（三）教学成本投入少

在传统化学实验教学中，学校和教师需要准备实验场地、试剂和器材，这需要充足的资金支持。但有些学校受资金限制，难以满足实验教学的需求，影响实验教学的进行。通过调查可以得知，虚拟仿真技术在实验教学中的有效运用能够解决这一问题[2]。教师可以利用手机中的虚拟实验软件引导学生进行实验，以此来获取实验体验，避免了实验成本和资源的限制。这种方式不仅能够提高学生的实验参与度，还为学校节省了资金。

（四）创建更加灵活的教学模式

在过去，学生通常只能在特定时间里通过课本学习知识，并且化学实验的教学活动主要限定在实验室和教室内进行。但借助虚拟仿真技术，实验教学的范围可以摆脱时间和空间的束缚。学生可以在任意时间、任意地点进行实验学习，例如在图书馆、公园、地铁等各种场所展开实验探究活动。此外，师生还可以通过手机APP在虚拟实验教学平台上进行交流，这样能够有效提高教学模式的灵活性。学生可以利用碎片时间进行学习，随时随地都有机会获得教师的帮助解决学习和探究过程中面临的难题。

（五）充分发挥学生的主观能动性

近些年，随着新课程改革的持续推进，教师在教学中越来越注重激发学生的主观能动性。其中，虚拟仿真技术的应用发挥着重要作用，通过多感官刺激，为学生创造生动形象的学习情景，促使他们更全面地投入学习。借助先进的互联网和信息技术，及时对学生实验操作进行反馈，不断增强他们的学习自信心，激发探究欲望，从而提高学习效果。

（六）优化知识点的形象性和直观性

在实践过程中，教师需要根据教学需求和课本中的重难点知识，对相关实验原理进行详细讲解和分析，以帮助学生更深入地理解。但在过去，大部分教师只能依靠口头语言和视频来讲解实验原理，这难以让学生对一些晦涩的知识点有清晰的理解，同时也容易让他们失去对该学科学习的兴趣。通过虚拟仿真技术的应用，实验原理可以变得更加生动具体，吸引学生的注意力并提升他们的学习效果。这种技术可以让学生在虚拟环境中亲身体验和探究实验，从而更直观地理解实验原理，并更好地突破重难点知识。

（七）培养学生的创新思维

虚拟仿真技术的有效应用不仅可以拓宽学生的知识视野，还可以培养他们的创新思维和创新意识，为启发式和互动式教学提供有力保障[3]。在实践过程中，学生对化学实验的学习正逐渐向着“真实体验”的方向发展，而不再仅仅局限于公式和文字描述。虚拟仿真技术具有强大的交互性，能够让学生根据个人见解设计和验证化学实验，自由进行研究和创新，深入分析科学现象背后的真相。通过这种方式，学生可以充分发挥自己的思维，更好地理解课本之外的知识，提高观察能力和思考能力，提升对知识的探究欲望，培养创新意识和创新思维。

三、手机平台虚拟仿真技术在高中化学实验教学的应用策略

（一）理论教学应用虚拟仿真技术

在具体的教学实践中，为了有效提升学生的实验操作能力，教师应根据实际教学需求充分利用虚拟仿真技术，并采用更科学的教学方法解决化学实验中的问题。目前，虚拟仿真技术的多样化应用能够减轻学生的理解难度，帮助他们更好地掌握相关知识和技能[4]。因此，在安排化学实验时，应针对实际需求发挥虚拟仿真技术的最大优势，以期达到更佳的教学效果。理论学习是实验教学的基础，实验活动应与理论课进度相协调，并结合学科要求进行实践操作。调研表明，化学学科不仅要求学生理解原理，还要求他们能够熟练操作。但传统的以讲授为主的教学模式学生的参与度较低，依赖笔记来了解实验要求和掌握原理，这限制了课堂教学效果的提升，同时也影响了学生的积极性。而借助虚拟仿真技术创造接近真实的学习环境，在理论教学中搭建模拟场景，使学生能够通过手机应用程序进行互动式实践操作，可以增强学生对化学知识的理解和掌握。

（二）化学实验组织应用虚拟仿真技术

在进行相关教学活动时，教师应充分了解虚拟仿真技术的特性，并结合教材内容，通过有效设计来发挥其在教学中的作用。研究发现，利用先进科技构建的网络虚拟实验为教学提供了更广阔的空间。学生可以通过手机应用程序随时随地使用虚拟测试台进行操作，这有助于他们更好地理解和掌握化学实验过程。实践中，开放式的化学实验组织方式可以有效克服现实条件如仪器限制的问题[5]。在教学过程中，教师可以通过手机软件中的虚拟仿真实验室来组织化学实验，并根据当前实际情况引导学生进行项目练习。对于那些存在危险或无法实际操作的实验项目，教师可以选择在线进行模拟训练，这不仅提高了学生的理解效率，还加深了他们对操作流程的记忆。以“原电池”单元为例，为了探究双液“原电池”的工作原理，教师可以指导学生进行虚拟实验。合理规划实验时间并给予学生一定的试错机会，可以帮助他们在手机APP上完成虚拟实验，并通过观察得出正确的结论：双液“原电池”的电流表指针偏转幅度大于单液“原电池”，表明前者的效率更高。如图1所示。通过虚拟仿真技术搭建的场景，学生可以在接近真实的环境下练习项目，从而更全面地了解和应用所学知识，更熟练地掌握化学实验的组织实施方法。对于基础扎实且动手能力强的学生，可以安排他们进行更高级的仿真实验，鼓励他们根据个人情况改进和创新实验，验证假设，并在此过程中提升对关键知识灵活运用的能力。为确保实验教学与学习目标一致，可以根据组织目标定制虚拟仿真实验，并设计适宜的内容以满足学生的个性化学习需求，最大限度地发挥课程的潜在价值。

（三）虚拟仿真与传统实验相结合

在进行教学实践时，教师应该清楚地认识到虚拟仿真技术是实验教学的辅助工具，它的作用是有限的，不能完全取代真实的化学实验。因此，在组织相关活动时，应将仿真实验与传统实验相结合，实现互补，以便各自的优势能够得到充分发挥。通过虚拟仿真技术，学生可以突破现实条件的限制，打造一个开放的实验探究空间；而传统实验则有助于锻炼学生的动手操作能力。

在使用手机APP进行虚拟仿真实验时，人们会看到这项技术具有成本低、安全稳定、无污染等一系列优点。尽管存在这些优势，它与真实的实验环境相比还是有所差异。在手机APP中进行的实验操作可以帮助学生认识和理解实验的变化及过程，但他们无法直接操作实际的实验器材。因此，教师应根据教材内容，在手机APP上设计合适的虚拟仿真实验活动，并结合传统实验，以便更好地整合资源，帮助学生顺利掌握课程中的难点和重点。虚拟仿真实验的引入不仅能够将先进的技术融入课堂教学，还能帮助教师更好地了解和掌握学生在实验中的参与情况，从而及时优化和改进教学方法。此外，它为学生提供了参与化学实验的机会，使他们能够直观地感受实验过程，并深入理解知识原理和学科内容。例如，在学习酸碱中和反应时，学生可以通过手机APP来模拟不同浓度下的反应过程，借助虚拟仿真技术观察酸碱指示剂的颜色变化，并清晰看到不同酸碱浓度对中和反应速率的影响，从而更好地理解反应速率与浓度之间的关系。同时，教师需要认识到虚拟仿真技术的局限性，并明确其在教学中的适用性。在开展教学活动时，应采取科学有效的方法，使虚拟仿真技术和传统化学实验紧密结合，既能提升学生的学科素养，也有助于他们在仿真实验中深入理解原理。至于基础实验技能的训练，学生仍需要利用学校的传统实验室进行充分的实践。

（三）利用虚拟仿真技术促进学生自主探究

在信息时代，不少教师仍受到传统教育观念的影响，过分强调学生的考试成绩，而忽视了培养他们的实践能力与创新精神。这种偏颇的教育模式限制了学生思维能力的发展，阻碍了核心素养的培育。为了应对这一挑战，教育者需要积极推广探究式学习，引导学生通过小组合作来共同探索学习内容。研究资料表明，由于实验资源有限，如实验操作平台和设备的不足，传统的实验教学很难让每个学生都参与到实验探究中。这导致学生无法深入理解实验内容和原理，并且由于参与度不足，他们的动手能力也得不到有效提升。为解决这一问题，教师可以借助手机APP中的虚拟仿真实验平台，让每个学生都有机会参与实验活动。学生可以在教师的指导下，根据实验要求自主设计实验，选择所需的化学仪器，并在模拟的真实场景中进行探究。

通过反复试验和操作，他们能够更深刻地理解和验证实验原理。因此，合理运用虚拟仿真技术不仅可以突破时间和空间的限制，还能有效地促进学生的自主学习和探究，进而在实践中不断提升他们的创新能力和动手操作技能。

四、结束语

综上所述，虚拟仿真技术在高中化学实验教学中的应用具有多方面的优点：它不仅安全性高、无污染、节省教学成本，还能够有效激发学生的主观能动性，优化知识点的呈现方式，使之更加形象直观，从而有助于培养学生的创新思维。鉴于这些优势，教师在进行化学实验教学时应加强对虚拟仿真技术的运用，以满足新时代教育发展的新要求，并进一步促进学生的高效学习。通过合理地结合传统实验和虚拟仿真实验，教师能够为学生创造一个安全、互动和充满探索精神的学习环境，这不仅有助于提升学生的学习兴趣，还能够引导他们在掌握科学知识的同时，发展成为具备创新精神和实践能力的人才。

作者单位：夏柱学 甘肃省静宁县第二中学

参考文献

[1]张娟.虚拟现实技术应用于高中化学教学的实践与思考[J].中学化学教学参考， 2023， （05）： 74-76.

[2]朱雅婷.基于虚拟仿真技术的高校化学实验教学实践[J].化纤与纺织技术， 2023， 52 （02）： 241-243.

[3]郭博雯，肖克拉提·阿帕尔，李娟. 基于虚拟仿真课件的化学实验教学模式的研究与探讨[J]. 电脑知识与技术， 2022， 18 （33）： 131-134.

[4]秦倩，李发胜，刘阳.虚拟仿真平台在分析化学实验教学中的实践与评价[J].广州化工， 2021， 49 （23）： 142-144.

[5]王蓉，韦庆敏，覃利琴，等.基于虚拟仿真技术的线上线下混合式教学模式在无机化学实验中的应用[J].化工设计通讯， 2021， 47 （11）： 112-113.