浅谈虚拟实验室在化学上的应用

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1、浅谈虚拟实验室在化学上的应用【摘要】实验教学是高校化学教学中的重要环节，近年来，随着高等教育观念的更新、手段的改进、计算机化学的兴起和化学知识的创新，使计算机模拟化学实验成为可能。借助计算机模拟手段，可以解决化学实验教学课时不足的问题，并根据具体实验操作，尽可能避免直接接触危险及有毒的化学药品，减少废弃物的排放，提高学生的环保意识，从而达到提高学习效率和教学水平的目的。【关键词】虚拟实验室计算机模拟多媒体技术在高等教育实现大众化的今天，由于众多主客观因素制约，国内许多高校教学质量有所下降，特别是在实践教学中，出现重视课堂理论教学，忽视成本高、难度和质量弹性都较大的实践教学。

2、在全球竞争高度激烈的时代，市场经济对人才所具备的创新精神、实践能力的要求越来越高，如果高校所培养的学生理论基础与实践能力脱节，学生将无法立足于当前的市场经济，因此，加强高校实践教学工作是我们必须要解决的重要任务。目前，国家已将培养适应新世纪现代化建设所需要的具有创新精神、实践能力和创业精神高素质人才列为高等教育战略工程，这种人才只有通过系列的实践教学环节才能得到有效的培养。而我校许多学科专业都属于实践性较强的应用型专业，如何将学生的创新精神和实践能力有机结合起来是我们面临的难题，下面就如何培养提高学生的实践能力谈几点自己的认识：我校实验教学计划主要设置有无机化学、分析化学、

3、有机化学、仪器分析以及物理化学等实验课程，实验教学分散在各门理论课程中，教学主要按照理论课讲授的内容顺序自成体系，各门实验教学课程尚未进行整合形成一个科学系统的实验教学体系，内容存在重复、脱节现象，不利于培养学生的综合能力；实验教学内容简单分散，多为一些验证性的实验，实验内容的深度和广度也不够，知识也不能及时得到更新，学生很难将化学知识和操作技能应用到工作中去解决实际问题；实验的教学手段基本上采用传统的一块黑板、一套旧式仪器设备、一本实验教材，缺乏计算机多媒体和先进仪器等现代化教学手段，教学方法主要是学生课前预习，教师重点讲解和指导，学生按实验指导书“照方抓药”，进行机械式

4、操作，最后填写实验报告，学生缺乏独立思考和自己设计实验的能力；实验教学课时安排偏少，培养学生动手能力的实践时间不能得到充分保证。鉴于以上事实，我们认为虚拟实验室的建设将在一定程度上解决目前存在的问题，有助于培养和巩固学生掌握实验基本理论、知识、方法、技能，培养学生发现问题和综合分析、解决问题能力以及培养学生初步的科学研究能力。其依据在于：化学虚拟实验室充分利用计算机多媒体的技术，将化学实验过程中的文、图、声像、动画各种因素有机组合在一起，把一些抽象理论、复杂结构、虚幻情景、跨越时空等因素，通过三维动画、视频图像、虚拟现实等手段形象生动地展现出来，使学生通过多种感官刺激全方位

5、地获取丰富的信息，学生对实验过程和实验现象观察得很清楚，让学生在计算机上操作也能达到身临其境的效果，这样就可以激发学生的学习兴趣，起到良好的教学效果。一虚拟实验室的建立有利于弥补实验课时较少的问题化学虚拟实验室的建设，可以弥补实践教学课时不足的问题，扩大学生的信息量。实验教学是一种手脑并用的学习方式，既要动手操作又要动脑思考。但是由于实验课时的限制，往往一个实验环节需要在2～3个学时内完成，教师只能将仪器的使用和实验方法进行简要的示范和描述，一般很难有足够的时间对整个实验过程进行详细的演示，学生也没有充足的时间去思考，实验经费不足，仪器数量少，不能满足学生人人都能动手进行操

6、作训练，学生在实验过程中难免出现各种各样的错误，导致最后得不出正确的实验结果，甚至在实验课结束后，对所做实验内容仍是一知半解。因此采用新的教学手段，引导学生的学习积极性，充分利用学校的校园网，在保证原来实验课的基础上，利用学生的课余活动时间，开通计算机网络进行虚拟模拟实验，其具体做法是：将实验内容制作为教学软件上传校园网，使学生不受时间、地点、场所的限制，打开校园网就可以进行模拟实验，这样既可以节省经费，减少环境污染，又能为后续实验奠定基础，从而提高实验教学质量，达到预期的实验目的。其次虚拟实验室的开发将知识性、趣味性融为一体，教学方法上采用启发式教学，使学生从被动学习转变

7、成主动参与，从而有利于提高学生的综合能力，培养学生的创新意识。二虚拟实验室的建立有利于学生加深对实验安全规范的认识化学实验试剂大多数具有易燃、剧毒、腐蚀性，在实际操作过程中要求学生高度认真，以免失误导致事故发生。虚拟实验室的建设可以为学生提供一个虚拟的实践空间，加深对实验安全规范的认识，例如，通过虚拟实验室计算机模拟出实验中的错误操作，将水倒入浓硫酸中，液体沸腾并飞溅，并配上适当的图像、声音，从而使学生亲自感受错误操作的危险性，提醒学生避免这些错误的发生，这样就会给学生留下深刻的影响，对实验中的安全规范操作引起高度