浅议化学虚拟仿真实验室的优点与缺点--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

浅议化学虚拟仿真实验室的优点与缺点

发表时间：2021/5/20 来源：《基础教育课程》2021年5月作者：程丽张辛欣

[导读] 中学化学实验具有高度危险性，即便是一些能够亲身参与的安全实验，也常常受制于实验场地、设备、经费等硬件因素，不能给予学生锻炼机会，导致学生在实际操作的实验的时候，效率低，时间和材料损耗严重，这些都是实验教学环节一个亟待解决的问题。

湖北省襄阳市第五中学程丽张辛欣

        中学化学实验具有高度危险性，即便是一些能够亲身参与的安全实验，也常常受制于实验场地、设备、经费等硬件因素，不能给予学生锻炼机会，导致学生在实际操作的实验的时候，效率低，时间和材料损耗严重，这些都是实验教学环节一个亟待解决的问题。而化学虚拟实验系统的出现，有效解决了以上问题。化学虚拟实验系统将实验室环境、设备、仪器和试剂进行三维数字建模，创建一个逼真的实验室环境。学生通过设定的实验步骤，以交互方式操作三维仪器设备、实验对象，完成整个实验流程。营造了一个逼真的实验环境，学生在当中控制试管、滴管、烧杯、酒精灯等仪器，就如同在现实的实验室中进行实验一样，获得生动直观的感性认识，增进对抽象的化学反应的理解。
　　    同时，化学虚拟实验系统丰富了实验设备的种类，形式更生动、实验形式更加多样，作为一种创新性的学习形式，有助于调动学生自主学习的积极性，提升学习兴趣。
        一、仿真化学实验室的优点
        1、仿真化学实验室能增加实验成功率，缩短实验时间。
        仿真化学实验室能省去真实实验环境中许多简单的劳动。例如：溶液的配置，实验仪器的准备，实验装置的搭建。如果对实验内容设计为教学软件，可以在不同时间、不同场合中对实验进行多次模拟训练。对于那些课堂上无法演示的实验，同样可以借助于仿真实验室达到良好的教学效果。例如：次氯酸见光分解实验，在真实环境中分解速度慢，很难观察到气泡产生和氯水颜色变化，而在虚拟环境中可以调节分解速度，颜色变化，这样既可以让学生节省实验时间，集中精力研究实验现象本身的特性与规律，又可提高学生学习兴趣和课堂的教学效果。
        2、贯彻了绿色化学实验思想
        绿色化学实验思想指在化学实验设计与操作过程中应尽可能符合“绿色化学”的思想。它要求在设计上优化实验方案，操作上严格控制药品用量，循环使用实验试剂与产物，从根本上消除污染，防止污染对环境的破环。
        在真实实验过程中，往往因为操作错误，导致实验完全失败，结果需要重新配置标准液，重新滴定，而在仿真实验中只要点击重新开始键，这就是对试剂产物的循环利用，实现了绿色化学思想中的 3R 原则（减量化、再利用、再循环）。
        仿真化学实验室正是绿色化学理念在化学教学中的具体体现。例如酚酞指示剂用量严格控制到0.001mol，尽可能减少试剂用量，节约实验药品，达到试剂微量化要求。未知液、标准液能精确控制在25ml 以下，既节约了试剂，又达到了实验目的，净化了实验环境，达到了试剂定量化要求。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        3、有利于避免真实操作过程中带来各种危险
        化学实验是学生学习化学的重要手段，化学实验室更是师生学习化学的重要场所。故师生在研究学习化学过程中不可避免地接触一些有毒的化学药品，有危险的实验操作。例如：氯气的制取，浓硫酸的稀释。这些实验对师生身体健康的影响不可忽视。研究调查表明：大多数老师不愿做化学实验的原因也在于此。而仿真化学实验室可以为学生提供虚拟的实验环境，让学生感到错误操作带来的危害性，这样也能给学生留下深刻的印象，引起对安全规范操作的重视，减少有毒药品的泄漏，降低化学事故的发生概率。
        4、数据统计更简单、直接，更具说服力
        例如：滴定过程中突变范围的出现。使用仿真实验平台不仅开阔了学生眼界，改变实验结果处理方案、手段，而且简化了数据处理过程，使实验结果更具说服了，教学效果更显著。化学仿真化学实验室能够用相应的编程软件来代替人眼读取数据，手工记录数据，人脑统计、分析、处理数据，更使学生摆脱了繁琐的计算过程。例如：在实践中也证明：大部分学生能够充分相信，完全接受实验中数据统计的结果。
        二、仿真化学实验室的缺点
        在操作设计与应用中，可能是自己的制作技术不到位，也有可能是仿真化学实验室自身有一定缺陷，感觉有几个地方不够完善，显的尤为遗憾。
        1、学生在仿真实验平台操作过程中，难免会心浮气躁，在标准液滴加到终点时一下子滴加过量，没有观察到颜色与PH值的变化过程，如果在平台中有“退一步”操作键，那必将成为实验一大亮点，使教学更完美，效果更显著！
        2、在中和滴定操作过程中，要求眼睛注视锥形瓶，右手滴加标准液左手旋摇锥形瓶，但实验平台中没有手摇动作设置位置。
        3、酸碱滴定管本身就是精确的溶液量取仪器，在数据处理过程中，滴定管要求精确读数到0.01ml，可在确定读数时只能到小数点后一位。例如：滴加标准液18.25ml，但读数只能显示18.3ml，显然会增大最终误差，这是任何一位化学工作者所不愿发生的。虽然误差不可避免，但应当要求在可能的情况下把误差减为最小。
        4、以盐酸滴定氢氧化钠，酚酞作指示剂为例，滴定到终点时，实验现象为恰好出现无色且半分钟内不恢复到粉红色。实验操作平台这一过程与现实滴定相互比较略有欠缺，平台中不能显示终点前滴加一滴标准液时，由粉红色变为无色，震荡又变为粉红色，再滴加一滴，溶液再由粉红色变为无色，半分钟后不再恢复为粉红色这一关键现象变化。
        仿真化学实验室作为一种新的教学工具，具有再现功能和模拟真实情景功能。正是由于其虚拟性，才使其具备了真实实验中所没有的特殊优势。它可以把因仪器短缺，药品有毒，操作危险等因素而受限制的实验进行模拟再现，也可以节约时间、空间、资金，改善实验条件，改进教学方法，培养学生思想，开阔学生眼界，提高学生学习兴趣。虽然仿真化学实验室还不能完全取代实验教学，但事实证明：只要运用恰当方法将虚拟实验与真实实验有机结合起来，必定成为提高化学教学质量的新方案。