杨涛

摘 要 化学实验是化学教学中的重点部分。随着计算机技术的快速发展，虚拟实验逐渐被融入教学环境中，成为广受学生和教师欢迎的新型教育技术手段。对虚拟实验在中学化学实验教学中的应用进行相关探究。

关键词 虚拟实验；中学化学；实验教学

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）13-0166-02

随着计算机技术的快速发展，虚拟实验逐渐被融入教学环境中，成为广受学生和教师欢迎的新型教育技术手段。虚拟实验就是通过对现实技术的虚拟来达到虚拟现实的目的。在虚拟实验过程中，实验者利用虚拟软件对现实环境中的真实实验进行虚拟操作，实现实验操作目的。由于化学实验的特殊性，在中学化学实验课的教学中很大程度上存在缺乏实验设备、实验仪器、实验材料以及存在化学实验安全隐患等情况，严重影响中学化学实验课教学质量[1]。如今将虚拟实验系统引入中学课程教学已经成为中学实验教学的一个发展趋势，更好地实现中学教学中探究性实验教学。

1 虚拟实验在中学教学中的作用

虚拟实验的核心是计算机技术的应用，是通过计算机图形、图像技术、虚拟现实技术以及仿真技术的有效结合，实现一种较为逼真的实验环境，然后实验操作者在这个虚拟的实验环境中通过一些必要的实验设备对虚拟出现的物体进行实验操作，以及收获实验体验。学生可以通过虚拟实验体会到现实生活中体验不到的情境，尤其是对于一些实验条件不足或者是实验环境不完善的教学提供了极大的帮助。虚拟实验在如今中学教学中有着非常重要和特殊的地位。

2 虚拟实验在中学化学实验教学中的应用

中学化学虚拟实验的设计原理 对虚拟实验的设计要有一定的依据，需要结合学生整体上对事物的认知水平，不仅要有针对教师的很好的教学功能，还要有针对学生的很强的学习功能。虚拟实验在设计过程中需要依据以下原则。

1）虚拟实验的简约性原则。一般来说，虽然虚拟的实验环境要求与真实的环境保持一致性，但并不是说对真实实验环境进行简单的复制。虚拟实验的设计对那些不必要的成分要尽可能简化，只保留核心部分就可以了，以便很好地突出实验主题[2]。

2）虚拟实验的交互性原则。虚拟实验的交互性是虚拟实验的一个重要特点。虚拟实验操作者通过和实验对象之间的交互来实现获取反馈出来的实验信息，进而完成整个实验学习，所以虚拟实验的交互性在虚拟实验过程中很重要。

3）虚拟实验的一致性原则。保持虚拟实验的一致性是虚拟实验的一个基本要求，虚拟实验对象设计的基本特征要和真实环境中的对象保持一致性，同时也要和学习者的认知水平和认知规律保持一致。

4）虚拟实验的趣味性原则。化学实验之所以能够引起学生的注意和兴趣，是因为化学实验中出现的有趣的化学反应过程。因此，虚拟实验中的化学实验要想同样引起学生的注意，就需要在虚拟实验的功能和虚拟实验的外观上增加些趣味性，以便很好地激发学生兴趣。

中学化学虚拟实验的定位 虚拟实验在实现中心化学实验的过程中，首先要对虚拟实验进行整体对位。结合中学化学教学的基本要求，对虚拟实验的环境进行构建，然后操作者就可以通过一些化学实验仪器和化学实验药品的运用来完成实验，这样操作者就会获取和现实情境中几乎一样的体验。另外，虚拟实验不是只可以局限在课堂上，学生也可以结合自己的学习情况，利用课下时间随时完成实验。虚拟实验一般具有以下特点。

1）虚拟实验系统一般都是以EXE文件存在的，实验系统中有一些预设的交互性功能，把虚拟实验与计算机网络进行连接时，就可以把虚拟实验中的交互性链接与网络进行连接，这样学生就可以在网络上对虚拟实验进行交流[3]。

2）桌面式虚拟实验系统是一种初级模拟状态，也是虚拟实验的一种主要系统模式。桌面式虚拟实验系统也可以称为非沉浸式虚拟现实系统，主要是通过三维模型软件来虚拟实验环境的，它的操作原理就是通过计算机对现实环境进行仿真，然后显示出虚拟的三维实验环境，虚拟的三维环境在计算机的显示屏上显示出实验画面后，学习者就可以通过对鼠标的操作来实现虚拟环境与真实环境中各个角色和各个物体的交互，进而完成化学虚拟实验的整个实验操作过程。

另外，由于桌面式虚拟实验系统对技术的要求不高，而且成本也低，所以可以在中学教学中广泛使用。桌面式虚拟实验系统主要是通过三维模型软件来虚拟实验环境的，虚拟的三维环境在计算机的显示屏上显示出实验画面后，操作者就可以通过鼠标来操作实验。

3）为了让虚拟实验的环境看起来更具体真实，虚拟实验的虚拟环境的物理特征和虚拟模型的物理特征要和真实环境尽可能接近。另外，为了让虚拟实验不影响计算机的运行速度，要对虚拟实验的虚拟模型进行一定的优化操作，控制虚拟模型的面数和虚拟模型的数量，以便达到对计算机软件和计算机硬件的要求。

中学化学虚拟实验的设计目标 中学化学实验的主要教学目标就是帮助学生进一步掌握化学的研究方法和研究技能，学生可以通过对实验过程的观察来更深一步掌握化学知识，而且也通过实验的操作提高学生的动手能力。所以，中学化学虚拟实验就是结合化学实验课程的基本要求，帮助化学实验教学促进学生提高对化学知识的掌握和学习的各方面动手能力。中学虚拟实验的设计目标有以下体现。

1）学生通过化学虚拟实验的学习对化学实验的实验目的、实验方法以及实验原理有所了解，从概念上对化学实验中新物质的制取原理和方法有更深一步的认识。

2）学生通过化学虚拟实验的学习和实践操作可以对化学实验中实验仪器的链接方法和实验药品有所掌握。

3）学生通过对化学虚拟实验实验过程的观察和分析，对化学知识有了进一步的掌握。

4）学生通过对化学虚拟实验操作的反复练习可以提高自己分析问题和解决问题的能力，同时也提高了动手能力。

5）学生通过对化学虚拟实验中各种具有交互性功能的实验环境的体验，提高研究能力。

中学化学虚拟实验的设计过程 中学化学实验中虚拟实验的设计和建立是结合学生的认知水平和化学实验教学的要求来完成的，既要弥补化学实验教学中存在的不足，又要考虑到学生阶段性的学习特点。虚拟实验在构建的时候包括虚拟实验内部的设置、模型的具体放置以及模型之间的交互性功能。

3 结语

虚拟实验自身有着很明显的可操作性和实用性，虚拟实验结合中学化学实验教学，解决了化学实验课程中的各种不良因素。尤其是很多化学实验都存在很大的危险性，不能在实际实验室开展实验，但通过虚拟实验就轻松解决了这个问题。教育部门要加强对教学技术方面的培训，提高教师的多媒体教学能力，以便虚拟实验在中学实验教学中得到广泛使用。

参考文献

[1]卢雨正，王峰，王山林.虚拟实验交互设计研究[J].包装工程，2012（3）.

[2]张伟党，唐国钢.虚拟化学实验室的应用[J].广州化工，2011（6）.

[3]张学军，李刚.基于Flash的虚拟实验操作交互设计研究[J].中国远程教育，2011（9）.endprint