化学虚拟实验范文

化学虚拟实验范文（精选12篇）

化学虚拟实验 第1篇

关键词：油田化学,虚拟仿真,实验室建设,组织管理,建设设想

油田化学是一门典型的学科交叉、涉及面较宽、内容繁杂而且抽象的课程, 而油田化学实验是《油田化学》课程配套的重要实践环节, 也是石油工程专业实践教学的一个重要部分, 对应的化学实验多而且复杂, 而且涉及的知识面广泛。鉴于以上的原因, 通过利用虚拟仿真实验技术创设油田化学虚拟操作实验平台, 对于解决和提高油田化学实验课程的质量和效率至关重要[1]。

1 目前油田化学实验教学面临的主要问题

(1) 实验课时量严重不足, 无法保证理论知识有效巩固目前石油工程专业的《油田化学》课程的课时只有60学时, 其中油田化学实验课时只有8个学时, 学生可现实操作的只有8个, 其他2个综合性实验是有兴趣的学生自己预约实验, 在实验教师的指导下, 自己设计操作。而实际上目前涉及油田化学的实验有六大部分, 共计21个实验, 因此, 如何制定出最优的教学模式, 使学生对理论知识与操作技能掌握的更全面。

(2) 面临大量化学试剂的严重污染和安全问题油田化学实验所用的化学试剂, 涉及的特别是有机化合物或多或少都存在一定的毒性或者腐蚀性, 废弃化学药品, 不仅会腐蚀实验室的的水管线, 而且会造成严重的化学水污染。钻井液实验产生大量的废弃泥浆和水泥浆, 废弃物体系非常复杂, 体系中含有大量的有毒有害物质, 而且具有一定的粘度和固相物质。因此, 如何解决油田化学实验室化学试剂的污染问题, 同时又能获得最佳的实验教学效果。

(3) 实验教学成本逐渐加大油田化学实验所采用的实验材料和试剂成本较高, 特别是一些专有材料, 比较昂贵, 油田化学的实验材料费, 一般是学校财政拨款和实验室运行经费, 经费有限, 审批有一定的过程。办学成本成为一个不可避免的现实问题, 也是实验教学面临的一大难题, 化学实验需要实验设备和大量的实验试剂, 耗费相当大, 因此, 如何降低油田化学的实验成本, 减轻学校的经济负担也是一个值得思考的问题。

2 油田化学虚拟仿真实验体系建设

设想的实验体系为三个层次, 第一:设计典型虚拟仿真实验, 包括表面活性剂类型鉴别虚拟实验、聚丙烯酰胺的合成与水解虚拟实验、土酸酸液的配制虚拟实验、胍胶压裂液配制虚拟实验。第二:动画型虚拟仿真实验;主要包括化学驱油过程虚拟实验, 化学堵水剂过程虚拟实验等目前无法实现完全可操作的网络虚拟实验, 采用实验过程动画化, 这类实验采用两种方式来完成, 一种是先期教学过程中供学生演示的动态实验, 一种是拍摄每个实验操作的全过程, 供学生熟悉和掌握实验的整个流程。第三:集成第三方优势虚拟仿真实验, 针对油田化学领域, 目前本校无法做到完全虚拟实验, 比如钻井液完井液性能评价虚拟实验, 水泥浆性能评价虚拟实验, 污水絮凝剂评价实验等可以借鉴目前国内石油相关院校及其他院校的成熟实验资源。

3 油田化学虚拟仿真实验功能与特色

(1) 预习实验和复习实验的功能传统实验中学生在实验过程中, 跟着设定好的实验步骤做, 缺乏主观能动性, 课前应让学生做好充分的实验准备, 特别要做好实验前的预习, 从而提高实验的效果。但纯文字的预习理解加大了预习的难度, 如果预习能边看文字材料, 边在电脑上操作虚拟仿真实验, 甚至在关键步骤还能够通过互动亲手点击操作, 对于学生理解实验原理、明确实验目的、理清实验步骤、自然而然理解油田化学实验知识起到很好的作用[2]。

(2) 有利于培养学生的创新意识如果学生能通过油田化学的虚拟仿真平台进行实验操作, 选择感兴趣的实验内容, 学生的可操作性比较强, 实验安全系数也比较高, 实验系统具有很强的识别功能, 操作如果出现错误, 系统会提示错误, 只有修改正确后才会停止提示, 也不用担心设备损坏, 在这种环境下实验, 既能建立学生的创新空间, 也能培养学生的创新意识。

(3) 可进行危险性高, 成本高的实验油田化学中的部分危险性实验, 可以通过电脑虚拟环境直观展示实验过程, 利用计算机模拟出可展现宏观和微观的实验变化过程, 可把抽象的概念形象化透过现象看本质, 能直观、安全地进行平时实验室无法做的危险性、不可逆、微观的、抽象的实验操作。比如钻井液性能评价中需要测试钻井液在高温高压环境中的流变性, 在现实实验中高温和高压环境具有大的危险性, 如果把该实验集成在油田化学虚拟仿真平台上, 学生可以安全的, 甚至反复的操作该实验, 达到身临其境的模拟效果, 理解更加深刻。

(4) 虚拟实验设计应具有步骤模式和纠错功能实验可以设计成按照完成上一个步骤, 才可以点击下一个步骤的模式进行, 只有上一步操作正确, 才能进行下一步实验, 这不仅能让学生更加深刻的理解具体的实验步骤, 而且能使学生很快掌握正确的实验步骤[3]。另外虚拟实验中设计引入纠错功能, 若某个步骤操作失误, 系统就会提醒操作错误, 而且可以提示, 错误的操作步骤可能是什么原因造成的, 提醒学生进行正确的操作, 引入错误结果, 让学生真正了解实验的过程, 以及实验中需要注意的要点。

参考文献

[1]李家明.仿真在化学实验教学中的应用探讨[J].钦州学院学报, 2011, (6) :65-68.

[2]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议实验室研究与探索, 2013, 32 (12) :5-8.

化学虚拟实验 第2篇

班级：化学1001班 姓名：代有来

学号：2010254030107虚拟现实技术在中学化学实验教学中的应用

摘要：化学式自然科学的重要组成部分，着重研究物质的组成、结构和性质的关系，以及物质转化的规律和调控手段。化学课程可以帮助学生从化学的视角去认识科学技术和社会生活方面的问题，在基础教育阶段，化学课程的教学呈现出“通过实验学化学”的发展趋势，将实验贯穿整个化学课程实施。目前，中学化学课程中探究性试验占有重要地位，是学生积极主动的获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，也是构建化学基础知识和提高学生素质的需要。随着信息技术的发展和课程整合成果的不断涌现，将虚拟实验系统引入中学课程教学，成为教育工作者关注的热点。在化学学科教学过程中合理运用虚拟现实技术，将虚拟实验室与化学学科实验课程有机整合，根据虚拟实验室特有的优势，应用虚拟实验室进行探究性试验教学。

关键词：虚拟现实；实验教学；探究实验 正文：

一、中学化学实验的分类

化学是一门比较成熟的基础自然科学，实验是化学事实的重要组成部分，也是化学 基本理论和观点的重要支撑点，化学科学领域的任何一项重大突破，无一例外地都要经 过化学实验这一环节，化学实验是化学科学赖以形成和发展的基础，因此，化学实验也 是化学教学的重要内容。

中学化学实验是根据培养目标和教学任务，遵循学生认知规律，体现化学学科发展

特点而精选的基础实验，其内容丰富，形式多样。为了研究方便，按照不同的分类维度，对中学化学实验有不同的分类方法。

按照实验的主体不同，可将实验划分为：演示实验、学生实验、实验习题、家庭小 实验；按照实验内容分类，可分为：化学基本操作实验、元素化合物性质和制备实验、阐明化学概念和基础理论的实验、化学反应应用于化工生产中的实验、解释日常现象或 解答化学问题的实验、趣味实验；按照实验中质与量的关系分类可分为定性实验和定量 实验。

以上分类标准是按照不同的研究目的、不同的研究方法等对化学实验进行的不同维 度分类，在这里我们按照建构主义思想，从学生的认识出发，按照实验在认识过程中的 作用分类，将中学化学实验分为：验证型实验、探究型实验、模拟型实验和对照型实验。验证型实验：验证型实验是为检验化学理论、验证化学假设、提供实验事实而进行 的一种实验。验证实验是科学的研究方法和科学的研究态度的重要组成部分，在化学研 究中没有被验证的理论、假说或者事实都被认为是不确定的。在化学课程的教学过程中，验证型实验通常用来验证或证实所学的化学知识。这种类型的实验在中学化学中如：碘 升华实验、完全燃烧和不完全燃烧等。

探究型实验：探究，是指围绕问题展开的活动，是逐步分析和解决问题的过程。探 究学习是指运用探究的方式进行的学习活动和过程，亦即学生在教师的指导下，主动发 现问题，以一种类似科学研究的方法对问题进行分析和研究，从而达到问题解决和知识 获得的过程与活动¨。通过以上对于探究学习的研究可知，探究型实验是指围绕某一化 学研究对象，在观察和总结研究实验现象和实验数据的基础上，归纳总结出结论的一种 学习模式。探究型实验以实验作为基础，启发引导学生独立的探索知识，是学生了解知 识的产生和发现过程，让学生通过自身的努力，通过积极的思维活动，概括得出有关的 结论，并进行科学探究过程和探究方法的系统训练。新的化学课程标准中指出“化学实 验是进行科学探究的主要方式，教师应改变传统的实验教学，精心设计各种探究型实验，促使学生主动的学习，逐步学会探究”通过这种教学方式，既激发学生学习兴趣，使学 生掌握实验技能，又能够改变学生传统的学习方式，是学生主动学习、自主探究，逐步 形成科学探究的能力。我们这里将详细探讨探究型实验在中学化学实验中的应用。模拟型实验：由于受到实验条件限制、安全性制约、常规环境下反应现象不明显等 因素的约束，通常教师借助模拟的方法，选定替代物对实验进行模拟。这种实验在中学 化学实验中如实验室里用模拟接触法制硫酸等。

对照型实验：这种实验通过对比或对照来研究物质的某种属性的一种实验。这种实 验要设计两个或两个以上的对比组实验，一个作为标准组；另一个为实验组，通过对比 实验对比、对照判定实验组是否有相同或类似的性质。

二、虚拟环境下的教学模式选择

教学模式这一概念最早是由美国学提出，它是指在一定的教育思想、教育理念指导 下，结合大量的教学经验，将教学四要素有机的组织起来，形成相对稳定的教学活动框 架。也就是在相应的教育思想、教育理论、学习理论的指导下，结合一线教师的实践经 验，将教师、学生、教学媒体、教学内容有效组织起来。教学设计的过程模式可以作为 学校和委托教学培训机构的沟通手段，还可以作为管理教学系统设计活动的指南，以及 作为整个教学设计过程的依据。

为了更好的分析中学化学的教学情况，从而总结归纳出实践性好并且符合学生认知 规律的中学化学实验课程的教学模式及教学设计过程，我观察并分析了2007年、2008 年和2009年全国中学信息技术与课程整合优质课大赛(化学部分)的视频、音频、幻 灯片及说课稿等资源，其中涉及来自全国12个省市的45名中学教师，从中总结出信息 技术支持下探究型教学模式的教学设计过程和学生探究学习流程。首先对教师教学模式 的选择和教学的支撑环境情况进行分析

多数教师在教学过程中采用探究型的教学，其中在分析 的45节获奖课程中，有27节应用的探究型教学模式。义务教育阶段，化学课程中的探 究型实验教学，是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，对发 展学生的科学素养、化学基础知识和技能的培养具有不可替代的作用。多数一线教师已 经意识到信息技术在教学过程中的重要作用，大多采用多媒体环境下的教学，少数教师 结合网络平台开展探究教学活动。

与探究活动的一般过程相同，中学化学的探究型教学过程仍然在教师和学生两个方 面研究教学过程。所不同的是，中学化学的探究过程首先是教师的教学准备阶段，这一 阶段无学生参与，教学准备阶段由教学分析阶段、探究准备阶段和设置并说明问题阶段 组成。教学分析阶段又包括学习者特征分析、学习任务分析、解决问题可行性分析、三 维教学目标分析阶段等；探究准备阶段是教师为学生的学习过程提供必要的前提，包括 先行组织者的准备、探究平台准备、探究工具准备等；学生的探究学习是在教师预先设 定的范围内开展探究活动，在学生探究活动开始前，教师要设置探究问题，并对探究主 题作简要说明。

进入教学过程阶段，这一阶段分为教师活动和学生活动两个方面进行，这两个方面 是同一教学过程下的两个方面，而不是分开的教学过程。教学过程方面，教师在探究活 动开始前对学生学习进行启发、引导。教师在整个教学过程中引导、监控整个学习过程，并适时的组织讨论，并对实验现象作出解释，最后教师对整个虚拟探究过程进行总结，对探究活动进行总体说明，讲虚拟实验回归真实实验，促进学生知识的拓展和迁移，促 使学生能力的提高。

学生方面，由于是在虚拟环境下开展的学习活动，首先进行虚拟仪器的使用练习和 对于先行组织者的学习，然后是整个探究学习过程，在学习过程结束后与同伴交流，并 反思探究过程，最后进行自我评价和教师评价，对学习结果升华。

我们将在此教学模式的指导下，运用相关教学设计思想，从教师和学生两个方面设 计探究过程：

三、虚拟环境下学与教的教学系统化设计过程

在这种教学模式下，对于教学过程的系统化设计也与传统的教学设计流程有较大的 差异。在建构主义思想和新课程理念及素质教育思想的指导下，我们根据我国一线教师 的教学经验，并结合“主导一主体”的教学设计思想，以“学教并重’’理念为指导设 计出适合虚拟环境下中学化学探究型实验教学的教学系统化设计流程。

对教学过程进行分析可以反映出中学化学实验课程教学的基本情况，最终目的是要 得出出在初中化学教学中教学设计过程和学生自主探究流程。由此我们选择了观察法、数据统计法、内容分析等方法对优质课大赛资源进行分析。根据教学过程中探究活动的 开展情况，再结合科学的教学理论和新课程及素质教育理念，归纳出适合于探究型实验 教学的教学模式和教学设计流程。我们分别在教学分析阶段、教学目标分析、教学准备、教学指导、平台利用、评价反思等几个方面进行了分析。

对于信息技术与课程整合大赛中的资源进行分析，我们得出，在教师方面探究过程 基本包含以下基本环节：学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学 媒体设计、数字化学习资源的利用、教学评价和教学反思等。对以上问题的对研究虚拟 环境下中学化学课程探究实验的过程和步骤提供了良好的依据。

通过教师教学过程表的分析，可以看出一线教师在教学过程中，着重对学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学媒体设计、和教学反思等；多数教师在 教学过程中涉及数字化学习资源的利用、教学评价；较少教师在教学过程中使用先行组 织者策略；几乎没有教师对解决问题的可行性分析进行分析。然而在实际的教学中先行 组织者策略和解决问题的可行性分析是教学过程中的重要内容，尤其是在虚拟环境下的 探究实验中，这两方面显得格外重要。

其中，先行组织者策略是能促进有意义学习的发生和保持的最有效策略，是利用适 当的引导性材料传递当前所学的新内容加以定向与引导。这些引导性材料通常和新知识 间存在着包容性、概括性、和抽象性上的联系，便于新旧知识间建立联系，从而促进新 知识的学习。这种策略尤其适合探究型学习，在学生进行探究学习前，将先行组织者呈 现给学生，便于学生探究学习的进行。

解决问题的可行性分析，在处理教学中遇到的问题时，分析造成这种问题的原因是 什么，这种问题是什么性质的，运用虚拟环境下的探究实验以及教学系统化设计是否能 解决这一问题，这一步骤在教学过程中是极为重要的一步。然而，通过分析我们得知，在实际的教学中，教师很少考虑这一问题，造成了人力及资源的浪费。

对于虚拟环境下的探究型教学实验，与以往的教学方式有很大差异，教师在整个实 验过程中起到引导和辅助学生学习的作用，由此，教学设计环节也较传统的教学设计有 很大差异，下面我们从教师角度探讨一下虚拟环境下中学化学实验课程的教学设计流 程：

整个教学设计环节分为三个阶段进行，其中包括教学分析阶段、教学目标确定阶段、准备阶段、指导阶段和探究型实验的总结性评价阶段。

教学分析阶段包括学习者分析、学习任务分析和解决问题的可行性分析。

学习者分析：教学的最终目的是为了有效促进学生的学习，学生的原有认知结构和 认知风格对学习的结果起到至关重要的作用，对教学设计起到重要作用的心理因素进行 分析，为后续的教学系统设计步骤提供依据。

学习任务分析：探究型教学是以学习任务为基础的，教师在探究活动开始前对学习任务进行分析，找出其中的重难点及学生难以解决的问题，在探究活动开始前向学生说 明。探究问题的可行性分析：了解并掌握学生已有的知识同本次探究活动的相关性以及 学生对以往知识的掌握情况，判断学生探究活动的可行性。

教学目标分析阶段，新课程标准下，将学习过程的目标分为三个维度：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观目标。教学无论是探究型的实验教学还是其他形式的教 学，其目标都是促使学习者朝着目标所规定的方向发生变化，在教学的系统化设计中，教学目标是否明确、规范、具体，直接影响到学习活动能否沿着正确的方向进行，它是 纵贯整个学习、探究活动的整个过程的一种指导思想，是对教学活动的一种原则性规定。准备阶段：是教师对于学生探究活动的准备，其中包括准备并提供给学生探究新知 识的先行组织者、实验平台的提供、探究工具的提供。尽管这一过程是在虚拟环境下完 成，但这些步骤仍必不可少，尤其是虚拟环境下探究平台的准备和探究工具的提供，是 学生在虚拟环境中进行探究的必要前提。

提供先行组织者：先行组织者是利用适当的引导性材料对当前所学的新内容加以引 导，这类引导性材料与当前所学新内容之间存在包容性、概括性和抽象性符合同化理论 的要求。

探究平台的准备：在虚拟实验室中完成探究实验，实验平台是完成探究过程的必要 前提。虚拟实验同实物的操作实验相同，需要教师做大量的准备工作，包括实验虚拟实 验平台的使用和调试等。

探究工具的准备：探究工具包括相关资料的搜索工具，实验记录工具、数据处理工 具以及实验过程的协作交流工具等。这些工具在虚拟环境的探究实验中显得尤为重要，也是探究过程必不可少的条件之一。

指导阶段：这一阶段是学生实施探究活动的过程，也就是课堂教学过程。在这一阶 段教师的教学功能已经转变为指导、辅助功能，教师在这个过程中回答学生的疑问，对 所有同学都遇到的共性问题做及时的纠正。真正做到“以学生为中心"的教学，所有虚 拟资源和非虚拟资源都是为了支持学生的“学”，而非教师的“教”，教学的中心已经从 教师向学生转变。逐渐形成以教师为“主导”，学生为“主体”的新型教学结构，以适 应新型教学环境，实现信息技术与学科教学的深层次整合，实验教育改革的跨越式发展，最终实现培养创新型人才的目标。

探究的成果评价：对于探究学习过程的评价要基于三维教学目标，从多个角度出发，尤其是实验课程的探究过程，涉及到各种实验过程、步骤的规范性、探究过程的态度、协作交流情况等涉及到所有探究过程的环节。对于课堂教学的评价通常是总结性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈给学生，供学生修正自 己的探究模式，便于学生更好地进行以后的学习。

教师是整个探究活动的指导者和促进者，涉及到给学习者指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣；为学生解释任务和对实验资源的基本操作做出解释；对整个探究过 程作基本的描述，使学生不至于漫无边际的探究，为学生提供完成探究所需的所有策略、步骤等；最终在同学问完成评价后，教师对整个探究过程做最后的总结性评价。学生是整个探究式学习活动的主体，一切问题的出发点和归宿都是促进学生学习，学生的探究学习过程可参照科学探究的一般过程：发现或提出问题、提出猜想和假设、制定研究计划与设计实验、进行实验搜索证据和分析数据得出结论。与一般的探究活动 所不同的是，学生的所有探究活动都是在教师的指导和监控下进行的；学生的探究活动 不同于科学探究，其目的在于通过探究活动获取知识，学习过程要在教师设定的总体目 标下进行，进行探究活动前，学生要仔细阅读教师对探究活动的总体要求；鉴于学生探 究活动的学习目的，在完成探究活动后要进行小组或组间的交流协作，教师对整个探究 活动给予评价反馈，最终实现学生学习目标的实现。总体说明：学生在教师的指导下进行探究活动，根据三维教学目标，并且结合多数 学生的认知特点和思维习惯，分析学习任务，给学生探究实验指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣。并向学生提供先行组织者，使学生掌握与新的知识相关或相近的知 识；对实验的目标作概括性的描述，必要时要向学生说明该实验的注意事项，把实验的 难度控制在合理的范围内，既激发了学生探究知识的兴趣，又不至于是学生由于无法完 成实验而产生挫折感。

猜想与假设：学生根据已掌握的知识和技能，对新问题提出假设。这一过程中可以 和同伴或教师交流，以优化自己的假设，为自己下一步设计实验奠定基础。

设计实验：根据上一步自己的假设，设计自己实验步骤和过程，其中包括仪器的连 接、药品的选取等。

实验过程：这一步是进行实验的过程，学生独立或者小组跟组设计的实验步骤实施 实验方案。在虚拟环境下的实验，可以充分满足学生的探索欲望，适当扩大学生药品的 使用范围和仪器数量，在实验过程中学生要认知观察实验现象。

收集数据：实验过程中不断的对实验现象和实验数据进行记录，这一过程培养学生 对待科学的态度，绝不错过任何一个实验现象，也绝不漏掉任何一个实验数据，为之后 的实验分析打下良好的基础，进一步培养自己科学探究的能力。

验证假设并解释结论：通过对收集到的数据和实验现象的认真分析，得出自己的结 论，并回头验证自己的假设。这是一个反复的过程，学生可以根据得到的数据修正自己 的实验过程重新设计自己的实验。同时，这一阶段完成后可以和同伴交流，并且形成最 终的汇报，将最终的结果反馈给教师，作为教师评定探究过程的一项依据。

反思与评价：整个实验过程结束，学生对自己的实验过程反思，总结自己在探究过 程中的得失同时进行自身评价、小组间的评价和教师的总结性评价。

表达与交流；这一环节是总结与提高的过程，同学间通过不同的假设与步骤，通过 不同的途径，探究完成了实验任务。通过表达与交流可以取长补短，为以后的实验学习和科学研究奠定良好的基础。

形成性评价：这一过程由教师完成，教师在观察分析整个实验组的探究过程后，对 实验进行相对性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈 给学生，供学生修证自己的探究模式。

化学虚拟实验 第3篇

【关键词】虚拟实验 生物化学 实验教学

生物化学与分子生物学实验技术是生命科学研究的重要手段，是生命科学相关专业的重要的实践性课程，该课程的教学效果直接影响学生的培养质量，尤其是对相关专业研究生的培养质量（如论文质量和研究生的实验技能）至关重要。而生物化学与分子生物学实验是通过微观领域的深入研究不断地揭示了各种生命奥秘，因此学生了解生命本质必须能够进入微观世界，传统的教学手段对微观世界的动态变化的展示却显得不够充分，但信息技术提供了这种可能。运用多媒体课件教学，动态模拟，创设教学情境，把学生的思维带进微观世界模拟的实验环境之中，诱导学生观察思考，相互讨论，共同探究规律，较好地实现教学效果。虚拟实验就是基于信息技术、网络技术、虚拟仿真技术上构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，使现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。

一、虚拟实验的概念

虚拟实验的概念，最早在1989 年由美国的William Wolf教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验环境。虚拟实验概念的提出至今仅为十多年的时间，但因其广阔的应用前景，国内外有很多组织都已经开展了虚拟实验系统的研究和建设工作，特别是在国外一些著名的大学，已有较多建好并投入使用的虚拟实验系统，涵盖了计算机网络、数学、人工智能、生命科学、化学、物理、生物工程、通讯、3DCAD、图形图像、农业科学等教学、科研领域。

目前，国内在虚拟实验方面开展的工作还不多，已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：中国农业大学建立了网上虚拟土壤作物系统实验室，应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况，探讨虚拟植物模型在农业领域应用的关键问题。纵观近年来虚拟实验室在国内高校的发展和应用， 可以看出虚拟实验室已经实实在在地改变了人们对实验室的看法。由于它不但能有效地降低实验成本， 提高实验效率， 而且可以实现异地协作和实验资源共享， 因此这种实验方式也越来越受到国内高校和科研机构的重视和青睐， 成为强化实验室建设、改革实验教学手段的一个重要发展方向。

虚拟实验在生物化学与分子生物学教学中的实践意义

生物化学与分子生物学实验教学一般都是在实验室中进行，往往是教师介绍相应实验项目的原理，学生则按照教材所示实验步骤进行操作，对于实验过程中具体的细节尚处于一知半解状态；而且，生物化学和分子生物学实验所用试剂费用较高，教学经费往往不允许学生进行反复实验，一些较为前沿的实验项目还会因为实验经费和所需仪器的限制无法开设；另外，在实验进行过程中，往往需要较长的等待时间如PCR扩增时要等待1个多小时、SDS-PAGE时电泳要等待1小时左右，后面的凝胶染色、脱色又有很长时间等待，有限的课程实验时间只能开设非常有限的实验项目。综上所述，实验教学过程费时费力，却难以达到预期效果。

虚拟实验则可以很好地解决上述问题，开展虚拟实验的虚拟实验环境由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验台与真实实验台类似，可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验案例，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。

二、生物化学与分子生物学虚拟实验的运用现状

目前，相当部分的物理与化学虚拟实验室逐渐运用于实验教学，但是有关于生命科学的相关虚拟实验平台均尚处于建设之中。原因有多方面的，如生命科学现象比较复杂，虚拟实验平台的开发也就相对较为复杂；生物化学与分子生物学实验项目繁多，有时候实验材料的选择、方法的选择不同就是不同的实验项目，要建设一个相对较为完善的虚拟实验平台工作量非常大，需要耗费大量的人力物力；另外，生物化学与分子生物学虚拟实验平台建设需要计算机工程和生物化学与分子生物学专业人才共同努力才能完成的一项工作，而大部分实验教学中两个学科之间交叉得比较少，也就是专业课程老师的计算机基础相对较为薄弱，而计算机工程的专业人士的生物化学与分子生物学背景又相对欠缺。因此，生物化学与分子生物学虚拟实验尚有待于探索和研发。

三、展望

虚拟实验辅助生物化学与分子生物学实验教学是一种全新的尝试，能提升课程学习效果和教学质量。但是，由于生物化学与分子生物学实验本身的复杂性，虚拟实验软件的研发尚处于起步阶段，其进一步开发需要投入很大的人力和物力，需要计算机工程和生物化学与分子生物学专业人才共同努力才能完成。综上所述，针对课程特点合理选用开发技术，逐步实现教学型虚拟实验室的建设和应用，使虚拟实验成为实验教学的有益的、必要的补充。

【参考文献】

[1]易杰，高东辉. 实验技术类教学体系和课程体系构建的思考，现代中西医结合杂志，2009，18（2）：2485-2486.

[2]卞存军.虚拟实验室构建与教学.时代教育， 2011（1）：235-236.

化学虚拟实验 第4篇

《新课程标准》要求新的化学课程以学生的发展和社会需求为出发点, 通过实验过程操作获得化学知识与技能[1]。而传统的化学实验存在高危险、难操作;设备差、学生参与机会少等问题。本研究从以上问题出发, 整合Secondlife和Moodle的优势创建虚拟化学实验环境, 一方面利用Secondlife的建模工具和林登脚本语言及粒子系统创建形象逼真的反应现象和深度的操作交互;另一方面运用Mloodle平台对整个实验操作过程进行跟踪、管理和控制。本研究所创建的学习环境具有情境沉浸感强、交互多元化、精密的反应机制控制和过程管理等特点, 能够有效解决化学实验教学面临的实际问题。

一、基于Secondlife的虚拟化学实验过程设计

本研究以中学化学《高锰酸钾制取氧气》为实例, 借助Secondlife设计了虚拟实验过程。实验过程的设计主要是在对实验对象、实验目的、实验内容进行深入分析的基础上设计了基于Secondlife的中学化学虚拟实验活动。

(一) 实验分析

高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器, 通过加热高锰酸钾制取氧气, 利用排水法来收集氧气。学生不仅要掌握实验原理、目的, 实验仪器和药品的使用方法及注意事项, 实验步骤、化学方程式的书写等内容, 还要培养观察、分析能力和实践操作能力[2]。

(二) 《高锰酸钾制取氧气》的实验目的

(1) 通过虚拟实验中的文本展示工具, 使学习者了解实验目的、原理和方法。

(2) 通过对虚拟实验的操作, 掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序, 能够动手制取氧气。

(3) 通过对实验过程、现象的观察、分析实验反应机制, 加深对实验的认知和理解。

(三) 《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验活动设计

学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端, 进入Secondlife虚拟环境, 通过以下流程完成整个虚拟实验。

(1) 准备阶段:学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移动工具进入虚拟实验室。

(2) 实验阶段:学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创建好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图, 完成实验仪器的装置;点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。

(3) 评价反馈阶段:教师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进行一个综合评价, 并将评价结果通过评价反馈系统及时反馈给学习者。

二、《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验环境设计

本研究以《高锰酸钾制取氧气》为例设计的虚拟实验环境。以实验过程的设计为理论基础从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境。

(一) 实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成

虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成, 供学习者实验后进行交流、报告、探究、形成实验结论。虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据。仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯。药品耗材主要是高锰酸钾等。

(二) 交互系统设计

(1) 人机交互设计:在实验中通过操作交互, 学习者能够感受到实验设备的控制感和体验感。在Secondlife中, 利用创建工具可以实现简单的“点击”“移动”“坐在上面”等操作, Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反应等等, 能够较好地支持学习者的操作交互[3]。

(2) 交流工具:学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有在线的同步交流和异步交流。

(三) 支持工具设计

实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具, 本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反馈工具等。

搜索工具主要是地图工具和瞬间移动工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户, 并瞬间移动到目的地。资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源。内部资源主要是3D浏览器;外部资源包括各大搜索引擎。这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持。评价反馈工具主要包括问卷系统 (choicer、Quiz chair) 、学习记录系统 (Tracker) 、Web-Intercom, 为实验后学习者自评、反思以及教师评价反馈提供支持。

(四) 特效设计

在Secondlife中, 通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象。在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反应过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现。

结论

本研究利用Secondlife虚拟环境的情境性、操作交互性和Sloodle平台对实验过程的控制和管理等特性创建了基于Secondlife的虚拟化学实验。该实验具有沉浸感强、深度操作交互、精密的反应机制控制和过程管理等特点, 可有效解决当前中学化学实验教学无法培养学生实践能力, 不能促进学生对实验过程的认知和理解等问题。

参考文献

[1]张淼.Secondlife环境下初中力学虚拟实验的设计与实现[D].重庆:西南大学, 2013.

[2]鲍青.初中化学虚拟实验的设计及应用研究[D].安徽:安徽师范大学, 2013.

虚拟仪器 实验报告3 第5篇

专业年级

姓名

学号

成绩

一、实验目的：LabVIEW编程软件入门学习

二、实验内容: LabVIEW程序结构

三、实验步骤：

1、顺序结构（Sequence Structure）

2、For循环

3、While循环

4、Case结构

5、事件结构（Event Structure）

6、使能结构

7、公式节点（Formula Node）

8、跟着实例学—模拟温度采集监测系统

三、实验结果：

练习1：

练习2：

-0练习4：

练习7：

作业题3：

思路：其实对1—5的数取余就行了，然后与布尔连接。

作业题6：

化学虚拟实验 第6篇

【关键词】虚拟实验平台;初中化学实验;应用形式与策略

引言

随着计算机和网络等先进技术的迅速发展，实验教学的领域也越来越多地出现了技术的影子，虚拟实验平台也应运而生。虚拟实验平台辅助教学作为一种较好的教学手段在中学化学实验课程的教学中具有广阔的应用前景，利用虚拟实验平台可以打破时空界限、培养学生的创新能力和探索能力、因材施教、创设真实的情景、弥补教学器材的不足等。应用虚拟实验平台，学习者可以反复训练，是对传统化学实验课教学进行的有效尝试与创新。本文分析了初中化学虚拟实验平台在教学中的有效应用形式与策略。

1 以课件的形式融入课堂教学

虚拟实验平台在化学教学中应用目的是综合运用各种技术手段，在各种教学资源的支持下建构教学环境，根据课堂的发展、变化，灵活地选择合适的课程资源，从而实现教学的最优化。而虚拟实验平台的多媒体功能较强大，它不仅能按课堂的教学内容整合多种丰富的教学资源来制作课件，而且它的演示功能强大，能直观、形象的展示出实验仪器和装置，适合化学学科教学课件的制作。虚拟实验平台的特点决定了它在课堂上的运用具有适时性，根据化学教学的需要，它可以在教学过程中解决某一环节出现难以解决的问题，如原理教学难懂、需要模型展示、辅助实验验证等。因此，在平台以课件的形式融入课堂教学时应充分注意使用的必要性、应用的时机和运用的策略。

（1）在选择使用平台来制作课件的必要性方面，应该注重选择一些教师不容易讲清楚、学生不容易观察到的知识点，然后凭借平台创建一系列的化学情境，尽量以直观形象的方式来呈现教学内容。在课件制作时，用传统的课件制作工具 Powerpoint 则无法有效地展示三维分子模型、化学方程式、电子式、结构式等教学需要，而此刻如果选择使用虚拟实验平台就能够有效解决这一系列问题。当然，如果传统的方式或其他媒介也能有效解决这些难题，就不一定要使用虚拟实验平台。

（2）在课件使用的时机方面，首先应该给学生提供一些思考的时间，千万不能直接用形象展示的方式来代替学生对教学内容的理解过程;其次还要处理好使用课件与其他教学环节的关系。

（3）在课件的运用策略方面，应该积极提倡问题启发和探究式教学，在课件中应多提出问题，试图慢慢培养出学生的问题解决能力和探究能力。

2 以多媒体黑板的形式融入课堂教学

在化学课堂的教学过程中经常会出现一些意想不到的状况，尤其是在培养学生探究能力的环境下，此时此刻学生的思维比较活跃，通常能够发现一系列教学设计以外的问题。此时如果没有合适的直观展示和分析工具，老师就不能用常规的手段来展示或解释学生所提出的问题。不过虚拟实验平台的操作十分方便快捷，而且展示效果直观形象，对于能够熟练操作平台的教师来说，可以当堂进行化学的演示和验证实验，从而让学生能够直观地观察实验过程和结果。

3 作为支持学生进行自主探究式学习的媒介

虚拟实验平台将初中化学课本中的全部实验都集合在其中，从而在课上或课下为学生的自主、發现、探究学习提供指导和知识资源支持。化学学科强调启发式、探究式教学，一个好的虚拟实验平台既要符合化学学科的特点，又要符合学生的认知方式特点，具有良好的交互性，这样才能促进学生培养化学思维。

虚拟实验平台具有可控性的特点，教师和学生可以利用平台中设计好的实验进行分步演示、连续演示、操作和扩展等操作，这样可以让学生更直观、形象的看到实验现象和结果的实时动态变化，从而促进学生在动态操作中形成分析现象背后化学原理的习惯，养成自主、探究式学习方式;虚拟实验平台还具有交互性的特点，教师可以引导学生在已有化学仪器和药品的基础上，进行验证和探究类实验的操作，对自己提出的化学假设进行验证，并用化学语言描述出相应的规律。从而实现在使用虚拟实验平台的过程中让学生经历“观察现象→发现问题→提出假设→设计实验→验证假设→分析总结”的探究式学习过程，最终实现学生学习方式向自主、探究式的转变。虽然虚拟实验平台能用简洁的形式直观地反映化学原理和现象，还能培养学生的观察和思维能力，激发学生深入探究化学知识的兴趣。

4 作为学生问题解决的支持工具

虚拟实验平台作为问题解决工具可以根据问题的不同性质分为感知型、探索型、验证型、训练型和活动型实验的支持工具。那么在使用过程中应该注意哪些策略呢？

（1）感知型支持表现为在化学学习过程中遇到不方便用挂图、模型和黑板展示的仪器、装置、元素性质、电子式和分子立体模型等问题时，利用虚拟实验平台的一些功能进行辅助教学，不仅能够满足微观现象无法展现等缺憾，而且也能让学生获得足够的直观感性认识的机会。

（2）探索型支持表现为学生从已掌握的化学规律出发，通过探索和模拟一些相同或相似实验中的化学规律，来激发学生学习兴趣，培养学生思维能力以及进行科学探究的方法。

（3）验证型支持表现为学生从所学的化学原理和规律出发，对化学规律及其所反映的化学现象之间的关系进行验证，从而加强对化学原理和规律的理解，而且还能激发学生的学习兴趣，培养学生实验设计的能力，训练学生的发散思维。

（4）训练型支持表现为学生将虚拟实验平台作为掌握化学基本实验操作方法和技能的一个平台，通过反复、随时随地的进行实验操作练习，让学生的实验操作技能逐步达到正确、规范、熟练的程度。

（5）活动型支持则表现为学生将所学的基础知识、基本技能运用到解决化学实际问题的能力。

5结束语

总之，虚拟实验平台不仅仅是一个课件制作工具，也是一个沟通教与学、启发新思维、验证新想法、激活迁移与联想、开发创造性思维能力的平台，能让学生自己动手，充分利用已学过的化学知识，借助于它去验证想法，挖掘潜能，加强学生的理解能力，培养学生的创新精神。

【参考文献】

[1]刘筱兰，张薇.虚拟实验室的类型及发展趋势[J].计算机应用研究，2004，11.

化学虚拟实验 第7篇

《义务教育化学课程标准 (2011版) 》倡导在化学教学中创设以实验为主的科学探究活动, 以此激发学生的学习兴趣, 提高学生的科学探究能力。传统的实验教学由于自身的诸多限制, 已较难独自完成这一要求, 当前以传统的真实实验为主、虚拟实验为辅的实验教学方式, 正受到人们的关注和认可。

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术, 在计算机上营造虚拟的实验环境, 模拟真实实验的操作过程和实验现象, 实验者可以像在真实实验环境中一样完成实验项目。虚拟实验的开发技术多种多样, 各有千秋, 而当前初中化学虚拟实验主要是基于Flash技术的虚拟实验。其原因在于Flash良好的平台独立性和交互性, 以及相对较低的研发门槛, 无论是对于研发者还是使用者来说都比较好驾驭。如图1所示为北邮虚拟实验系统, 登陆平台后, 即可实现仿真学习。

相对于传统的真实实验, 虚拟实验的优势在于其良好的共享性、可重复使用性、可扩展性以及极高的安全性等。基于Flash的交互式虚拟实验可以在任何主流操作平台上运行, 模拟实验需要的设备和场景, 学生可以通过虚拟实验进行自主探究, 大胆尝试而又不用担心损毁仪器和自身安全, 这对于降低实验成本、保障学生的人身安全、激发学生们的探究热情十分有利, 虚拟结构如图所示。但同时也要注意, 虚拟实验毕竟是一种虚拟的体验, 无法取代真实实验, 虚拟实验只有以真实实验为依托, 与真实实验形成互补, 才能更好地发挥自身的优势和作用。

2 初中化学虚拟实验的应用

近年来, 国内对于虚拟实验的研究和开发一直呈稳步上升态势, 初中化学虚拟实验因为化学学科自身的特点及较低的研发门槛, 通常是研发人员试手的首选, 所以相关的研究成果数量一直远远高于其它学科。笔者根据自身在调研和参与虚拟实验设计过程中的亲身经历, 总结了初中化学虚拟实验的现状及存在的问题。

2.1 研发人员结构方面

当前初中化学虚拟实验的研发人员以高校教师和在校研究生为主, 这类研发人员一般都具有较强的虚拟实验技术基础, 是虚拟实验研发的主力军。而广大初中化学教师, 尤其是实验教学经验丰富的一线化学教师却很少参与到虚拟实验的研发过程中来。

化学虚拟实验的研发目的在于弥补传统化学实验教学的不足。以高校教师和研究生为主的研发人员由于大多数无化学学科背景, 且缺乏实验教学经验, 在虚拟实验内容的安排上通常选择参照初中化学教材和相关文献。这样一方面会导致最终研发的虚拟实验内容安排生硬、过时、灵活性大打折扣, 且成品倾向于功能性而并非实用性, 实际使用效果不佳;另一方面也使得研发的虚拟实验多是对真实实验的简单重复, 照本宣科地将真实实验搬到虚拟平台上来, 不能很好地发挥虚拟实验的优势, 可以说是对研发资源的一种浪费。

一线化学教师具有高水准的化学专业知识, 以及丰富的真实实验教学经验, 其在化学虚拟实验研发中的缺席主要是由于研发的技术门槛。以基于Flash的虚拟实验为例, 研发人员必须对Flash的脚本语言Action script熟练掌握, 才能具备开发虚拟实验的能力, 然而在笔者访谈的一线化学教师中, 甚至没有人知道Action script是什么。此外, 初中化学教师作为教师, 其职责和工作重心是传授知识、培养学生能力, 要求一线化学教师研发化学虚拟实验, 的确有些强人所难。

2.2 虚拟实验结构方面

当前初中化学虚拟实验主要可分为演示式虚拟实验、体验式虚拟实验和探究式虚拟实验3种类型。演示式虚拟实验主要是为了配合教师讲解实验内容, 由教师简单操作演示给学生观看的一类实验, 多采用线性的展现形式。笔者在实地调研中发现, 一线化学教师对这类虚拟实验青睐有加, 运用也十分娴熟。在已有的初中化学虚拟实验中, 演示式虚拟实验的比重最大。

体验式虚拟实验主要针对学生, 是在教师传授相关知识后, 由学生自主操作实验仪器, 观察实验现象, 完成实验的一类实验。这类实验有着良好的操作性和交互性, 学生能够很好地体验实验过程, 加深对实验的认识和了解。当前在对初中化学虚拟实验的研究中, 以体验式虚拟实验数量最多, 发展最为迅速。

探究式虚拟实验是指由教师创设情境, 学生在虚拟实验平台上自主选择实验方法、设计实验过程, 探究实验结果的一类实验。这类实验能够很好地激发学生学习兴趣, 培养学生自主探究能力, 但是对研发人员和教师都有着极高的要求。当前对于初中化学探究式虚拟实验的研究较少, 很多方面仍需要完善, 是今后研究的一块高地。

2.3 理论研究方面

当前对于初中化学虚拟实验的研究多集中于虚拟实验的设计和开发, 对于虚拟实验在初中化学实验教学中的实际应用研究较少, 两者之间的研究数量差距极大。很显著的一个现象就是虚拟实验的设计和开发成果越来越多, 但是对于虚拟实验究竟要怎么应用到化学实验教学实际中来, 怎么与真实实验相结合却极少给予关注。

随着教学观念的改变, 传统初中化学实验教学也正经历着变革, 《化学课程标准》更是指明了化学实验课程改革的重点在于科学探究。化学教师们在反思如何转变教学方式, 充分调动学生学习积极性和自主探究欲望方面进行了大量的尝试和创新, 提出了许多先进的理念和教学模式, 然而受限于虚拟实验的技术门槛, 以及缺乏对虚拟实验的了解, 一线化学教师在实际变革中往往有意无意忽视了虚拟实验。高校中化学虚拟实验的研发人员多是计算机专业出身, 具备较强的虚拟实验研发的技术基础, 在选择研究课题时, 通常会本能地选择更能发挥自己优势和特长的虚拟实验设计与开发课题, 对于虚拟实验在初中化学实验教学中的实际应用研究则大多有心无力, 鲜有成果发表。两个领域之间缺乏交流和沟通, 各自设计各自应用, 是问题的症结所在。

2.4 初中化学虚拟实验运用方面

当前多媒体教室和计算机网络教室已经十分普及, 普通水平的中学一般都有完善的设施和配置, 可以说虚拟实验应用的硬件条件已经完全达到要求。笔者在调研过程中发现, 一线化学教师普遍认可虚拟实验在化学实验教学中的作用, 平常上课时也会使用一些演示性虚拟实验作为教学辅助手段, 可以明显提高教学效率, 帮助学生理解掌握新知识, 减轻教师授课负担。但这种程度地使用虚拟实验明显还不够, 学生从演示性虚拟实验上得到的仅仅是一种看的经验, 学生只有自己动手来操作具有交互性能的虚拟实验, 才能获得更多的体验和自主探究的机会, 这不仅需要能够在多媒体计算机网络教室展开教学活动, 也要求化学教师具有较高的信息技术能力。然而对于一线化学教师来说, 教学任务本就十分繁重, 在实验教学中应用虚拟实验, 既要申请教室, 又要花精力提高对虚拟实验的了解和运用, 显然极大地加重了教师的负担。许多教师本着何必自找麻烦的想法, 不愿“多此一举”。

3 初中化学虚拟实验教学优化策略

3.1 加强相互交流, 培养具有化学学科背景的虚拟实验研发人才

虚拟式实验的开发具有一定的理论和技术门槛, 高等院校在研究生招生时应当向一线化学教师敞开大门, 招收一批具有化学学科背景的研究生, 培养既有化学实验教学经验又具备化学虚拟实验开发能力的复合型人才, 使之成为化学虚拟实验研发的主力军。同时高校研发人员还应加强与一线化学教师的交流, 相互了解对方的需求和想法, 学习对方的经验, 共同合作, 促进虚拟实验更好更深入地走进初中化学课堂。

3.2 走进初中课堂, 加强虚拟实验应用研究

初中化学虚拟实验最终面向的是初中化学教师和学生, 虚拟实验的研究不能闭门造车, 更不能开发完了就束之高阁, 走进并融入化学实验教学现场, 是大势所趋。当前对虚拟实验的应用研究很少, 初中化学虚拟实验的应用研究更是寥寥数篇, 教师在实际使用过程中往往不清楚该如何应用虚拟实验辅助自身教学, 只能自己摸着石头过河, 极大地限制了虚拟实验辅助作用的发挥。

3.3对教师运用虚拟实验提供支持

教师是虚拟实验的最终使用者, 对虚拟实验的应用和推广有着举足轻重的作用。然而由于缺乏相关支持, 虚拟实验在实际教学应用中往往由化学教师一人承担, 使得虚拟实验不仅不能成为教师教学的强大助力, 反而变成了沉重的枷锁, 加重了教师的负担, 这是极不应该的。高校和中学应当通力合作, 在化学教师能力范围内开展技术培训, 并对虚拟实验在初中化学实验教学中的应用提供技术和人力支持, 减轻教师的负担。

4结语

虚拟实验在化学实验教学中的应用能够克服真实实验的诸多弊端, 对化学实验教学大有裨益, 前景被普遍看好。然而从理想到现实, 终究还是有很大的差距, 把虚拟实验的应用落到实处, 才是虚拟实验最好的归宿。随着科技的飞速发展一些可视化软件的开发应用, 虚拟实验从以前二维平面化慢慢走向三维立体化。教师、学生只有利用有利资源, 运用正确的教学策略和学习方式, 才能有效地提高学习效率, 促进课堂教学的发展。

参考文献

[1]义务教育化学课程标准 (2011年版) [EB/OL].http://www.pep.com.cn/czhx/jshzhx/kbdg/kcbzh/201202/t20120208_1101229.htm, 2011.

[2]王济军, 魏雪峰.虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J].中国电化教育, 2011 (4) .

[3]张学军, 王阿习.虚拟实验与真实实验整合的进一步探讨[J].现代教育技术, 2011 (2) .

[4]丁美荣, 柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术, 2007 (7) .

药用基础化学实验虚拟教学平台构建 第8篇

关键词：药用基础化学实验,虚拟实验,网络,教学平台,构建

作为高职高专医药类专业必修的一门专业基础实验课, 药用基础化学实验除了为专业课打下理论基础, 更重要的是培养学生规范的基本化学实验操作能力。目前, 技能型人才的培养目标在高职高专发展的现阶段并没有得到充分体现, 当然原因很多, 主要有以下两点。

(1) 高职高专类院校大多从中专、职高类学校升格转型而来, 很多学校在实验实训场所的建设和实验仪器设备的配置方面投入不足。

(2) 教学模式的转型跟不上教学培养目标的变化, 人才培养目标是各院校根据社会对人才的需求制定的, 而教学模式作为实现人才培养目标的具体方式却受到传统的教学思想的桎梏, 具有滞后性。

发展虚拟实验技术是一种弥补实验教学资源不足的很好的手段, 结合药用基础化学实验的特点, 发挥计算技术和网络资源的优势, 构建药用基础化学实验教学平台在教学中的作用不言而喻。

1 药用基础化学实验虚拟教学平台的设计原则

虚拟实验教学最为新的教学方法与手段, 结合计算机技术的发展和网络教学的特点, 应注意以下原则。

1.1 开放性原则

开放性是虚拟实验教学平台的前提, 建立虚拟实验教学平台的目的就是为了给学生提供最大的时间自由度和空间自由度, 基于校园网, 任何只要接入校园网的客户端都可以使用本教学平台。

1.2 交互性原则

虚拟实验教学平台除了要提供基础化学实验项目外, 还应该突出的体现交互性。交互性应体现在以下两个方面。

(1) 虚拟实验不能按传统的教学思维固定教学模式和思路设计成单一的展示, 应该具有学生的自主的探究空间, 实现真正的人机交互。

(2) 学生在实验平台上可以提出自己的构想或问题, 并可以得到老师的指导或者和其他同学交流。

1.3 安全可靠性原则

平台的运行要安全可靠, 一般情况下要全天候的运行, 保证学生在任何时候均可正常登录使用。

1.4 可拓展性原则

虚拟教学平台的软件设计宜采用流行的技术和跨平台的方案, 这样既节维护的费用, 又便于实验项目的及时更新, 有利于虚拟实验教学平台的不断发展与完善, 也可以和更多的实验教学平台整合, 利于资源的共享和管理。

2 药用基础化学实验虚拟教学平台的体系结构

药用基础化学实验虚拟教学平台是一个集虚拟实验仿真模拟、实验课程教学指导、实验相关资料的查询为一体的网上运行的系统, 各部分之间相互联系相互补充。具体分成服务器和客户端两个部分。服务器建立在学校计算机网络中心, 在虚拟实验教学中作为虚拟实验室和虚拟实验教师的角色, 由网络实验平台、数据库、虚拟实验元件组成;客户端是为校园网内作为学习者的学生用户以及作为管理者的老师用户提供的登录入口。在药用基础化学实验虚拟教学平台中, 功能部分集中在服务器, 客户端主要负责接收、处理用户指令, 并负责和服务器之间进行信息沟通。客户端不需要进行任何软件的下载、安装和维护, 简单的说就是网络浏览器, 可直接通过IP地址访问药用基础化学虚拟实验教学平台确认身份后即可使用, 它既是信息交换的场所, 又是Java Applet运行时的环境。

药用基础化学虚拟实验教学平台的体系统结构如图1所示。

这种结构通常利用超文本传输协议http的消息传递机制, 用户在客户端通过浏览器访问服务器并发出请求, 服务器进行相应的处理后把响应结果返回给客户端的用户。

3 药用基础化学实验虚拟教学平台的开发技术

目前网络虚拟实验平台开发所使用的技术主要有Java技术、Activex控件、Asp.ne等。

Java是一个广泛使用的网络编程语言是目前一种流行的计算概念。作为一种程序设计语言, 它简单并且不依赖于机器的结构, 具有很好的可移植性和安全性, 提供的并发机制具有很高的性能。Java的小应用程序 (Apple) 可不受CPU和环境的限制, 最大程度的利用了网络;Java提供了丰富的类库, 对于构建网上虚拟实验教学平台的设计者来说非常的方便。

Activex技术允许不同的软件开发的组件在网络上可以兼容, 为我们引入“软件组件”的概念, 可以将电脑软件分割成小的组件, 可以设定各组件完成各自特殊的制定任务, 而且组件能够运用程序、跨平台、跨网络运行, 采用组件思想来构建虚拟实验元件为虚拟实验的构建带来了极大的方便。

Asp.net是一种建立动态Web应用程序的技术, 它可以使用任何net兼容的语言来编写Asp.net应用程序。当建立交互页面时, 可以使用Asp.net服务端控件来建立常用的UI元素, 并且对它们编程来完成特定的任务, 对比原来的Web技术, Asp.net更快捷、容易的建立灵活、安全和稳定的应用程序。

当然, 计算机技术发展日新月异, 互有短长, 这里也只是罗列了一些常用的计算机技术, 药用基础化学实验虚拟教学平台的构建所涉及的计算机技术并非只有这些。

4 虚拟实验元件的及实验环境的建立

虚拟实验元件建立的好坏对虚拟实验设计产生直接的影响, 严重的情况下不仅影响实验结果, 还会关系整个实验成败。在药用基础化学实验虚拟教学中, 虚拟实验元件主要分两类:一类为化学实验虚拟仪器元件;另一类为化学实验虚拟试剂元件。各虚拟实验元件在具体的实验环境 (逻辑关系) 中发生关系 (如化学反应) , 并产生实验结果。

如在药用基础化学实验虚拟教学平台中, 每个具体的实验元件 (如100m L烧杯) 就是一个封装对象, 都可以真实的模拟现实中对应的客观物体, 体现他们的特性。如500mL的无色玻璃试剂瓶只能用来盛装体积500m L的溶液, 同时, 如果用来盛装Na OH等碱溶液时不得使用玻璃瓶塞。在某虚拟实验元件的基础上, 充分发挥面向对象编程的优势, 利用少量的编程进行扩展, 就能得到新的虚拟实验元件 (如棕色试剂瓶, 和无色试剂瓶相比, 棕色试剂瓶常用来盛装需避光保存的试剂) 。

在虚拟实验元件设计上适宜采用面向对象的设计理念, 每一个虚拟实验元件都对应一个Java类, 基于某些虚拟实验元件具有类似的性质, 采用面向对象继承的方法, 使所有具备相似性质的虚拟实验元件都继承基本虚拟实验元件类, 基本虚拟实验元件类中可定义所有类似虚拟实验元件的共性, 这样为虚拟实验元件的建立、管理、使用提供了方便。

5 结语

以药用基础化学实验虚拟教学平台为例, 介绍了构建网络虚拟实验教学平台的一般原则、所需的计算机技术以及需要注意的问题。目前, 国内外有许多大学在虚拟实验教学平台建设上作了很多有益的探索, 如大连理工大学的化学虚拟实验平台等, 都具有很大的参考价值。随着计算机技术和网络技术的迅猛发展, 现在很多高校都建立了高速、稳定的校园网, 虚拟实验教学平台既可以充分利用学校网络资源, 又能实现教学资源的共享与优化配置, 在实验教学质量的提高和教学模式的改革与创新中必将起到举足轻重的作用。药用基础化学实验的虚拟模拟, 有利于学生对有毒、有害物质以及有危险性的实验的探究, 在实现化学实验绿色化、培养学生实验技能技巧方面也有很强现实意义。

参考文献

[1]朱文忠.基于Web的网络虚拟实验室的研究[D].重庆大学, 2007.

[2]刘筱兰, 张薇.虚拟实验室的类型及发展趋势[J].计算机应用研究, 2004 (11) .

[3]裘伟廷.虚拟实验在远程实验教学中的前景[J].当代电大, 1999 (3) .

[4]韩强.虚拟实验室在高校实践教学中的应用与研究[J].吉利工程技术师范学院学报, 2007 (6) .

化学虚拟实验 第9篇

关键词：虚拟现实技术,虚拟实验,教学质量,学习兴趣

虚拟现实的思想起源于1965年伊凡·萨瑟兰 (Ivans Sutherland) 在国际信息处理联合会上所作的《终极的显示》 (《The Ultimate Display》) 的报告。而Virtual Reality一词则是由拉尼尔20世纪80年代提出来的。VR技术正逐渐受到人们重视, 并显示出了强劲的发展势头[1]。它是利用计算机模拟三度空间的虚拟世界, 以实现视觉、听觉、触觉等逼真感官感受的一种综合性媒介表达方法。虚拟实验是利用计算机技术模拟现实中某一领域的知识, 通过系统的交互性来完成实验研究。虚拟实验从广义的角度而言是指区别于实际动手实验, 通过各种仿真手段以计算机上各种虚拟的仪器设备代替传统的实验仪器设备, 按照实验目的、要求与过程组装成的一个完整实验系统, 同时在此系统上完成整个实验。主要包括实验条件的改变、数据采集以及实验结果的分析、模拟, 从而缩短实验操作时间和设计周期, 降低实验成本[2]。

与现实实验一样, 虚拟实验也有对应的虚拟实验室。随着网络的迅猛发展, 建立基于网络虚拟实验室已成为现实, 这样不仅可以大幅度降低实验室建设成本, 还可以提高学生的实验兴趣、实践能力和教学质量。虚拟实验室像是开放式的实验中心, 无论是学生还是教师, 都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器, 进行各种实验, 为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持[3]。

1 虚拟实验的特点

虚拟实验是基于现代信息技术的一种新的实验形式, 它与现实实验相比, 有以下几个特点:

(1) 实验装置与实验环境的虚拟性。与现实实验相比, 以化学实验为例, 一个现实化学实验的完成, 需要有特定的化学实验室或者指定的实验场所, 需要有化学仪器和实验药品, 现实试验中的这些内容都是实验操作者可以感触到的。而虚拟实验是以计算机按照现实实验中的内容进行模拟操作, 实验操作者只需要一台计算机和相关软件即可完成。实验装置及实验环境的虚拟性在一定的程度上减少了实验空间, 实验空间可以由原来的实验室转移到教室, 微机室, 甚至学生自己家中。另外化学实验的虚拟性可以保证一些具有危险性、破坏性实验的顺利完成, 拓展了实验范围, 降低了实验危害。

(2) 灵活性。虚拟实验的灵活性表现在:在虚拟实验进行中, 学生也可以改变某些实验条件, 以观察实验过程中所发生的变化, 得出不同的结论。从而有利于学生从实验中获得感性认识, 总结实验规律, 激发探究意识, 而不仅仅是能够得出实验结果和处理实验数据, 这正是对学生实验能力的评价要求。

(3) 打破现实实验的局限性。虚拟实验可以突破现实实验的局限性, 拓展了实验范围。比如虚拟实验可以让原子、分子、电子轨道、键合类型、晶体生长等微观结构及其变化过程, 通过虚拟实验完美的呈现, 从而使学生获得较好的感性认识。一个较短的化学反应, 如氢气燃烧过程, 在现实环境中需要瞬间完成, 而在虚拟环境中可以观察到两个氢气分子分为四个氢原子、一个氧气分子也分开形成两个氧原子, 两个氢原子又与一个氧原子结合形成一个水分子的过程, 形象地描述了水的形成过程。因此虚拟实验能够打破现实实验局限性的特点就决定了虚拟实验有较广泛的使用空间。

(4) 开放性。现实试验只能在特定的实验室完成, 而虚拟实验就不受时间和空间的限制, 学生可以根据自己的需要选择实验时间、地点、内容, 虚拟仪器和药品进行实验。特别是远程教育, 学生在家中就可以完成自己的实验课程, 老师根据学生的实验情况进行评价, 使学生始终处于教学中的主体地位。

(5) 安全性。在现实实验中如炸药的爆炸、有毒气体的制取和性质验证, 这些实验老师考虑实验的安全性一般不会让学生操作, 学生只能想象实验的进行或者观察老师进行演示, 老师在进行实验的时候也要非常谨慎;另外由于操作不当引起的实验后果在一些危险性实验中是不能出现的, 而在虚拟实验中师生便不必考虑这些问题。

2 国内外对虚拟实验的研究现状

2.1 国外虚拟实验的现状

虚拟现实技术和网络虚拟实验室在国外的研究已经很普遍, 在技术上也相对比较先进。最初被美国军方开发并应用于军事仿真训练[4]。目前虚拟现实在军事领域被用于模拟训练[5]、相关作战技能的培训等, 如在伊拉克战争中美国军方采用虚拟的伊拉克战场环境训练士兵的城市作战技能[6]。目前, 越来越多的大、中学化学实验课程也引入了此项技术。

印地安那州立大学开发的MBL化学实验室, 利用网络发布一些相关的实验相关说明, 通过计算机展示、演示实验, 并采集、分析实验数据并展示实验结果, 其化学实验课就是利用这样的化学实验室开展计算机辅助教学的。芝加哥伊利诺伊大学数字化有机化学实验室, 通过该实验室可以提供一些实验材料和进行相关的教学教务管理等工作。它是利用网络上的实验教材、实验时间安排、实验步骤、实验测评方法进行虚拟实验, 并利用大量网络教学资源进行系列性的实验教学指导。

2.2 国内虚拟实验的发展

在我国进入改革开放后, 国内虚拟实验室的建设主要是高等学校和一些研究机构, 如清华大学、北京大学、北京师范大学、大连理工大学等高校相继建立了虚拟实验室, 教育市场也出现了一些虚拟化学实验教学软件, 如广东迈达威教学仪器设备有限公司开发的中学仿真实验系统, 南京金华科技软件有限公司开发的化学仿真实验室等。

北京大学开发了3WNVLAB网络虚拟实验室, 该系统采用Java编写, 支持大计算量, 是交互式网上虚拟实验室通用的基本框架, 已经初步实现了CACHE设计与流水线设计两个实验系统。用户通过浏览器选择实验内容、实验设计方案等, 并通过网络传输到Web服务器, 根据用户所传送的信息加以分析, 将可信的实验结果返回到用户界面以完成实验。

广东迈达威教学仪器设备有限公司开发的中学仿真实验系统, 与课程教学同步, 教科书中的实验通过该系统均可以模拟操作。根据课程需要, 不必在化学课堂上操作现实实验即可达到实验目的。该系统学生可以根据系统提示操作, 还可以通过演示实验观看实验现象, 得出实验结论。南京金华科技软件有限公司开发的化学仿真实验室不仅涵盖教科书中的基本实验, 还可以自己根据需要组装虚拟化学仪器, 改变控制条件, 进行实验创新, 探究实验本质。

3 虚拟实验在实验教学中的效果

为了考察虚拟实验在化学实验教学中的效果, 我们选取河南省鲁山县第一高级中学高三年级的三 (3) 班 (实验班) 和三 (4) 班 (参照班) 作为研究对象。在2012-2013学年第一学期分班过程中, 这两个班级为平行班级, 学生水平相当。在一个学期的实验教学过程中, 对实验班学生在每周二晚上进行虚拟实验练习, 并观看视频实验, 参照班采取传统口头授课, 考察时间为一个学期。每两周进行一次测验, 共进行了10次测验, 记录每次测验学生的实验题成绩, 对此成绩进行分析, 得出每次考试实验题的平均分和标准差表 (表1) 。最后对实验班的5名同学进行访谈。

通过表1中数据可以看出, 第一次测验两班的数据差别不大, 第二次以后, 实验班的实验题平均分数均超越参照班, 标准差也小于班的标准差, 说明虚拟实验在实验教学中已经起到了一定的促进作用, 并且对知识水平的提高具有整体意义。通过对实验班同学的访谈, 了解到虚拟实验可以增加他们学习实验的兴趣, 能更好的理解知识, 并提高学习的积极性, 培养了逻辑思维能力。综上所述, 虚拟实验不仅仅作为实验教学的一种辅助, 还可以培养学生学习化学的兴趣, 提高学生学习的积极性。与口头讲授实验相比, 学生对实验的理解更加深刻。但具体虚拟实验与真实操作实验相比, 虚拟实验的教学效果尚不清楚, 有待进一步研究。

4 虚拟实验在化学实验教学中存在的问题

虚拟实验在实际教学中所处的地位是辅助教学, 不能盲目地把教科书中的实验虚拟化而摒弃现实实验。后者可以锻炼学生的动手能力, 这是虚拟实验无法比拟的。因此使用虚拟实验系统存在以下问题:

(1) 虚拟实验的固定性和封闭性限制了其灵活使用。目前化学虚拟实验系统所处的层次是很低的, 主要是以FLASH和平面路径实验, 操作者只能按着具体的实验步骤进行操作, 实验现象也是预设的, 只能适用于某一特定的教学环境, 固化了实验教学的内容, 甚至固化了教学策略和知识表达的顺序和方式, 在一定程度上不利于师生间的互动和课堂教学的生动性和丰富性, 限制了学生的创造性和个性的发挥。因此虚拟实验系统的开发需要向更高层次, 更灵活, 沉浸性更强, 能适应不同教学环境的方向发展。

(2) 虚拟实验系统的开发应该结合教师。虚拟实验的开发公司和开发者在开发软件和系统时应该联合一线教师, 开发出真正有利于学生和教师的软件, 在虚拟实验系统的设计中, 化学教师的角色应该是系统脚本的设计者, 同时教师也应该提高自己的教育技术水平, 使自己与系统开发者进行交流和沟通, 让虚拟实验系统能更好地被教师所接受。

(3) 虚拟实验系统不能代替现实实验。虚拟实验在促进实验教学的同时, 也不能完全取代现实实验, 通过对学生的调查, 大部分学生还是很喜欢实际操作实验的。教师要对虚拟实验进行准确地定位, 在以下两种情况下可以让虚拟实验发挥出其特殊作用。一是用计算机来描述物质的微观世界, 有助于学生认识和理解物质的微观本质, 提高学生的理性认识, 改变学生认知结构;二是模拟一些危险的、过程复杂的、实际操作不便的实验。这样更有助于学生理解知识, 尽可能体现和发挥出化学实验的最佳教育教学功能。

参考文献

[1]武真.基于Virtools的GC虚拟实验室的构建方法研究[D].大连:大连理工大学化学学院, 2008.

[2]苗晓峰.远程教育网络虚拟实验系统的研究与设计[D].西安:西安电子科技大学计算机学院, 2008.

[3]李凌云.基于三层体系结构的网络虚拟实验系统的设计与开发[D].金华:浙江师范大学教育技术系, 2006.

[4]王健美, 张旭, 王勇, 等.美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示[J].科技管理研究, 2010 (14) :37-40.

[5]Hays RT, Jacobs JW.Flight simulator training effectiveness:a metaanalysis[J].Millitary Psychology, 1992 (4) :63-74.

化学虚拟实验 第10篇

1 有机化学虚拟实验室构建的必要性

(1) 突出“以学生为主体”教育思想。有机化学是一门依托实验教学的实用性很强的学科, 是医学院校重要的基础学科, 可为学生学习医学专业课程奠定基础。在教学过程中信息大部分是通过实验来传递, 相较于传统教学中单一、被动的方式, 虚拟实验系统能够对每个实验操作最大程度地进行仿真, 将实验过程中的图像、文字、声音以及动画等因素融为一体, 具有智能性、仿真性、形象性和趣味性[4]。尤其是在实验初期, 学生会遇到仪器调试、管理、损坏等问题, 涉及实验过程、试剂、中间产物、终产物等环节, 而这些是传统实验方式无法解决的问题。

(2) 虚拟现实技术作为一种新兴的技术手段[5], 能够对实验内容进行模拟仿真, 不仅可以增加学生的感性认识、提高动手能力, 而且节约实验成本、减少实验危害, 尤其是能解决化学实验室高污染问题。

(3) 虚拟实验室是教育教学资源不可或缺的组成部分, 通过有机化学虚拟实验室的设计与构建, 积累经验和技术, 为本校其他医学化学类学科 (如高分子化学、药物化学) 及专业学科 (如药用植物学、生理学、药理学等) 教学做好准备, 为构建具有医学特色的虚拟实验室奠定基础。

2 有机化学虚拟实验室的构建 (见图11)

2.1 梳理文字内容

通过对医学院校有机化学实验项目进行分类、整理, 设计有机化学虚拟实验室所开设的实验项目, 同时研究教学大纲, 编写文字内容。主要包括有机化学实验常用仪器用途使用方法和注意事项、实验基本操作、有机化学实验基本操作技术、有机化学实验讲义、有机化学实验装置组装, 为构建虚拟实验室打好基础[6,7]。

2.2 实验视频及照片制作

通过教师讲解与示范, 对有机化学实验项目进行正确操作, 记录每一步的实验现象和结果 (主要通过照片或视频形式记录) 。有机化学实验涉及很多危险试剂, 实验过程中会产生某些危险物质, 稍不注意就会造成一定伤害。此外, 还有些关键步骤, 如熔点测定中晶体的熔化过程, 很难用文字表达清楚, 因此可以通过图片、视频展现实验过程和关键步骤, 对实验危险进行预估和操作认知, 以有效避免实验危害。

2.3 有机化学实验设备建模[8]

所谓建模就是在三维空间内创建出所需物件的三维模型, 这是虚拟实验室的基础。有机化学实验涉及的很多玻璃仪器立体形象特殊, 如蛇形冷凝管、加液漏斗等, 应用3dmax软件制作出逼真的玻璃仪器是虚拟实验成败的关键。

2.4 实验动画的制作

在3D建模基础上, 在3dmax软件动画制作系统中, 根据实验视频、照片进行动画制作。

2.5 虚拟实验室的合成

有机化学虚拟实验室以动画为核心, 通过运用3dmax中摄像机、灯光、场景等技巧, 以及动画的制作、火焰和烟雾效果的渲染、视频编辑等专业知识与技术, 能更好地表现三维立体的实验环境和实验方法, 通过鼠标拖拽完成实验装置的组装、仪器使用的练习, 以仿真形式强化感知。

3 基于3dmax的有机化学虚拟实验室的创新性[9]

(1) 3dmax是一种PC机的三维动画制作软件, 用于影视制作、工业建筑设计。利用3dmax创建三维虚拟实验室, 一旦模型建成就可以从各方位以任意视点与角度对实验进行观察, 例如索氏提取器, 通过展示明晰工作原理, 这是图片、视频无法实现的。因此, 有机化学虚拟实验室在有效提高课件质量与使用效果的同时, 又解决了因缺少仪器设备等而无法实际操作实验的问题, 一方面节省了学校在实验室建设方面的投入, 另一方面也节省了在实验器材维护方面的投入。

(2) 由于有机化学的很多实验具有高度危险性, 涉及的试剂、产物均具有较高污染性, 后期处理成本很高 (例如有机化学性质实验) , 虚拟实验室能最大限度地解决上述问题, 符合目前我国各高校所提倡的“绿色化学”理念, 也适应教育教学改革需要。

(3) 根据教学改革要求, 需要不断设计和补充实验课程内容, 而相关计算机技术也需要重新开发, 虚拟现实技术良好的二次开发性能够很好地适应这些变化。设计人员 (教师) 只需将新的实验建模后放入虚拟实验室即可, 这在很大程度上解决了重新开发导致的资源浪费问题, 具有良好的可延续性。

(4) 随着网络技术的迅猛发展与校园网的建立, 对于在线教学视频、在线实验动画演示等全方位立体化教学模式, 无论教师还是学生, 都可以不受时间、地点、条件限制进行基本操作练习、仪器组装等, 实现了实验教学资源的共享性和开放性。

4 结语

通过课前对有机化学虚拟实验室的应用, 在正式进行实验时, 学生自主性明显增强, 实验进度明显加快, 实验操作熟练程度显著提高, 仪器损坏率和试剂消耗率明显下降。有机化学虚拟实验室的建立, 在创新人才培养和教学质量提高中发挥着重要作用, 学生实验动手能力和实践能力有效提高, 创新意识、创新精神和创新能力得到明显提升, 从而对提升学校办学实力、办学水平和教学质量起到有力的推动作用[10]。

参考文献

[1]卑占宇, 郭小慧, 何新蕾, 等.药学专业有机化学虚拟实验室学习平台的构建与应用研究[J].中国医药导报, 2012, 9 (15) :163-164.

[2]郭智敏, 刘伟.基于Internet的远程虚拟实验室的研究现状和问题分析[J].教育教学论坛, 2010 (24) :161.

[3]华新宇, 刘永涛, 陈旭东, 等.组织学网络虚拟实验室的建设及应用[J].卫生职业教育, 2014, 32 (3) :37-38.

[4]向明钧, 赖日勇, 曾靖, 等.医学化学虚拟实验室的构建与实施[J].赣南医学院学报, 2009, 29 (5) :705-706.

[5]郑军, 曾照芳.医学检验本科教育虚拟实验室构建的研究与实践[J].中华医学教育探索杂志, 2011, 10 (2) :233-235.

[6]黄宇靖.基于Virtual PC计算机虚拟实验环境构建与教学的研究[J].卫生职业教育, 2015, 33 (12) :35-37.

[7]孙长霞.“虚拟实验室”在高等院校化学基础课程中的作用研究[J].安徽农业科学, 2012, 40 (34) :16942-16943.

[8]刘志广, 贾健波, 张永, 等.模型化易扩展的虚拟有机化学实验室的构建模式研究[J].计算机与应用化学, 2012, 29 (8) :1019-1022.

[9]杨昱, 徐雅琴, 杨玉玲.无机化学仿真虚拟实验室构建和实现方法研究[J].高等农业教育, 2011, 3 (3) :50-52.

化学虚拟实验 第11篇

关键词：高中化学；虚拟实验

在实际的运用过程中，教师应该正确地对待虚拟实验的方法，能够在实验中发挥它的积极作用。除此之外，教师还应该帮助学生设置一些合理地教学问题，从而帮助学生得到良好的教学感悟，这是整个虚拟实验的核心内容。最后，教师则应该正确地对待教学中出现的问题，保护教学的成果。

一、正视虚拟实验的意义，合理安排教学方案

高中化学实验的目的是为了培养学生的动手能力，用实验对学习内容进行验证，亦或是在实验中得出结论。在传统的化学实验教学中，由于教师对教学不够重视，导致效果不理想，加之教学方法不当，学生的化学实验效果不佳，直接影响了化学教学成果。在传统的教学方法中，教师直接将实验方法演示给学生，实验的观察目的不明确，也没有对学生使用合理的引导方法。一些教师过于追求实验本身，忽略了实验前的准备。

在虚拟实验教学中，除了要有明确的实验目的，教师也要指导学生正确的实验方法。虚拟实验的主要目的，就是为让学生对实验过程有足够的了解，为其做好充足的准备。所以，教师要传授学生正确的观察方法，避免学生在实验过程中碰到不必要的困难。在传统的实验教法中，为了节省实验时间，教师习惯于将观察方法直接灌输给学生。这样的方法不利于学生对观察方法的理解，在实验过程中也难以抓住实验过程的重要步骤。在传授正确方法的过程中，教师也要对实验进行一定的讲解，每个步骤的科学依据以及注意事项都要传授给学生。这样虽然耽误了一些实验时间，但可以有效的提高学生的动手能力，夯实了化学实验的基础。

二、引导学生思考，合理设置问题

虚拟实验需要学生提前知道自己的关注点在哪，也就是说学生应该是带着问题去看虚拟实验的。化学实验教学要求学生对实验过程有清晰的认识，同时也要勤于思考，对实验有一定的理解。传统的实验教法，教师将实验方法全部传授给学生，包括在实验中要注意的问题也有所提及。这样的教法，不利于学生个人思考能力和观察能力的形成。虽然初中生接触化学实验时间不长，对实验的过程没有系统的认识，但在实验过程中毫无保留，为学生扫除一切实验中的困难，这种教法使实验失去了原有的意义。

因此，教师在讲解虚拟实验之前，应保留一些有难度的地方，将这些地方设置成问题，让学生带着这些问题在虚拟实验中去探究，去思考。在实验中设置一些困难有助于激发学生的思考能力，同时学生的观察能力也得到了一定程度的提升。在学生获得精神层面的满足后，会充满对实验的兴趣，而在高昂的学习热情的鼓舞下，观察能力得到了很大程度的提升。

例如，实验《纯碱的生产》，教师便可以根据实验的主要内容，为学生设置相应的问题，达到激发学生学习热情的目的。如教师可以在做虚拟实验之前，先以提问的形式了解学生对纯碱的掌握情况，然后根据学生的掌握情况设置一些问题。让学生带着这些问题去观看虚拟实验。例如，纯碱的生产过程中最关键的步骤是哪一步？纯碱的制作过程中哪些步骤容易出现问题，怎么防范？这些问题可以引导学生在虚拟实验中思考，从而达成实验的目的。

三、善于在虚拟实验教学中发现学生存在的问题

虚拟实验环节不只是让学生了解实验内容，做好实验准备，同时也是发现学生问题的一种手段。当教师对学生的问题有了一定的了解，便可以在实验过程中做出相应的指导。在学生进行实验的过程中，会遇到困难，也会犯错误。教师在处理学生遇到的困难以及错误时，要注意保护学生的情绪。在保证学生学习热情的同時，给予一定的帮助。教师在实验的过程中，要对学生的观察、思考和动手能力进行综合培养。这三者彼此依存，相辅相成。教师要对教学方法进行一定的改进，尊重学生的意见，而且这种改进还应该根据学生的具体情况实施。

对教师来说，应该定期地采纳来自学生的建议，在学生出现学习问题的时候，他们往往缺乏足够的机会反馈给教师。因此，在这种情况中，教师应该从学生的角度出发，在不同的时期内都满足学生的需求。值得注意的是，若是学生无法积极地反馈自己的问题，那么教师则应该开拓多种形式，收取学生的建议。

四、结语

虚拟实验教学是化学教学中必不可少的一个环节，它为教学做好了准备，同时也让学生获得了更多的不同感受。在进行虚拟实验教学的时候，教师应以先进的教学理念为指引，制定针对性的教学计划，同时要营造良好的教学环境，引导学生的思考。值得一提的是，虚拟实验教学也是发现学生问题的一种手段。对待学生的问题，教师应注意保护学生的情绪，在适当时机给予一定的帮助。

参考文献

[1] 谢小荣.重视高中化学教学的创设[J].江苏教育学院学报：自然科学版，2010（05）：9-10.

[2] 郑超.高中化学教学的设计探讨[J].成才之路，2012（35）：40-41.

基于虚拟现实的虚拟实验研究 第12篇

1 虚拟现实以及虚拟实验概述

1.1 虚拟现实技术简介

作为计算机研究的一个新领域, 虚拟现实技术的特点是利用人的感知行为, 如视觉、听觉以及触觉等为用户户提供一个虚拟的场景, 并基于模拟的方式让用户沉浸于虚拟环境之中, 然后与之进行相互作用, 而虚拟环境也会由此发生变化。目前, 该项技术已经汇聚了多种高新关键技术, 如计算机图形学、传感器技术、仿真技术、多媒体技术、网络技术、图形图像实时生成技术、人工智能技术、人机接口技术以及人类行为学等。因此, 虚拟现实技术可以定义为:一种对人在自然环境中的各种行为, 如听、看以及运动等进行逼真模拟的人机接口技术。该项技术主要是利用高分辨显示的可视化技术以及3D数字和传感器交互技术, 通过特定的设备, 来生成一种逼真的虚拟环境, 从而使得人能够与虚拟环境进行互动, 并成为虚拟环境的一员, 最终达到对虚拟对象进行感知和操控的目的。

1.2 虚拟实验

实际实验存在一个有形的实验室、实验工具和实验对象。而相对于实际实验来说, 虚拟实验指的是其实验室以及实验对象都是无形的, 并且主要是通过操作虚拟仪器来实现对实验过程的具体操作。与传统实验相比, 作为信息化时代的产物, 虚拟实验有着更为优越的性能和应用前景:首先, 虚拟实验具有透明性, 其具有标准的统一命令, 能够对软硬件、数据库以及人员形成统一管理;其次, 虚拟实验能够共享资源, 同时这也是虚拟实验的构筑宗旨。在虚拟实验中, 用户能够通过数据库、检索系统以及应用软件或者电子图书馆等工具, 实现信息、软件以及设备等资源的共享, 从而缩减了投资, 提高了用户的效率;再次, 虚拟实验在操作上能够实现互动。不仅用户之间能够实现相关信息的沟通和交流, 而且远程用户也能够对实验环境加以操作。另外, 虚拟实验还具有扩展性、用户自主性以及性能优势显著的优点。

2 虚拟实验的构建

2.1 分布式虚拟实验的构建分析

分布式虚拟实验是在物理设备分布式的基础上构建的, 其指的是将网络与物理设备相连接, 以计算机网络为核心, 实现数据采集、远程操作以及分析的虚拟实验系统。因此可以看出, 分布式虚拟实验中, 用户并不拥有物理设备, 其只需要利用网络进行操作就可以实现虚拟实验, 并获得所需数据。

作为一个系统工程, 分布式虚拟实验的建设主要包括以下几个系统:虚拟仪器、数据分析、虚拟实验管理以及计算机网络等系统。

(1) 利用个人主机, 用户能够直接登入Internet, 进而通过浏览器来实现虚拟实验站点的访问, 并进入虚拟实验系统;

(2) 根据用户需求选择相应的实验项目进入虚拟仪器控制台;

(3) 用户根据具体实验的操作指令, 来实现对实验参数的输入;

(4) 虚拟仪器根据接收到的指令, 来向物理仪器进行参数传输, 进而实现物理仪器对参数和指令的操作, 最终完成实验内容;

(5) 当实验完成之后, 通过虚拟仪器和网络, 虚拟实验系统能够将所得数据反馈给远程用户, 而用户则可以将这些数据进行自由处理。

分布式虚拟实验能够使得仪器使用率大大提升。同时, 其也有一定的缺陷, 如它的系统开发较为复杂, 且对于物理实验设备的依赖性很高, 具有较高的维护成本。另外, 它无法让用户感受到实验场景和过程, 也就是其没有直观性和形象性。

2.2 基于虚拟现实的虚拟实验的构建分析

基于虚拟现实的虚拟实验具有较强的交互性, 并能够为用户提供高级仿真的实验场景, 真实感较强。因此, 据此可以将基于虚拟现实的虚拟实验分为六个子模块, 并形成一个统一的工程, 具体的系统模块如图1所示。

2.2.1 用户管理子系统

该模块分为三级, 即管理员、教师和学生。该子系统能够实现对各类用户信息的管理, 并且可以对信息和用户记录进行添加、修改和删除。

2.2.2 教务管理子系统

该模块主要是用来管理班级以及课程等这方面的基本教学信息, 而且对这一模块的使用, 只有系统管理员才能实现。这一子系统主要分为课程实验管理以及班级信息管理两个子模块。

2.2.3 虚拟实验子系统

作为虚拟实验的核心模块, 该子系统主要包括具体实验库、教学材料管理以及添加或者删除实验功能这三个部分。

2.2.4 实验报告子系统

对于这一模块的使用, 教师和学生都能够实现, 且能够完成不同的任务。如学生利用该子系统能够实现预习报告的提交以及修改, 而教师利用该子系统则能够实现对学生报告的检查和退回。另外, 该模块还能够实现对报告提交的期限管理。

2.2.5 成绩管理子系统

该模块主要是用来评价学生实验成绩的。

2.2.6 在线讨论子系统

通过BBS方式, 该模块能够实现学生和教师之间的交流和沟通, 从而加强学生对知识点的理解。

3 结语

综上所述, 由于虚拟实验具有透明性, 能够共享资源, 在操作上能够实现互动, 而且还具有扩展性、用户自主性以及性能优势显著的优点。因此, 今天的研究中必须加大对基于虚拟现实的虚拟实验的探索, 从而为技术的不断更新提供有利条件。

摘要：文章以虚拟实验为研究对象, 以虚拟现实技术下的虚拟实验为研究目标。首先, 简单介绍了虚拟实验和虚拟现实技术的基本情况;其次, 着重从两个方面对虚拟实验的构建进行了分析和研究, 即分布式虚拟实验以及虚拟现实的虚拟实验, 希望能够为相关方面提供一定的帮助作用。

关键词：计算机技术,虚拟现实技术,虚拟实验

参考文献

[1]黄荣怀, 郑兰琴, 程薇.虚拟实验及其学习者可信度认知[J].开放教育研究, 2012 (12) .

[2]张学军, 唐久磊, 魏江明.基于Flash3D的中学化学虚拟实验平台的设计与实现[J].电化教育研究, 2014 (01) .

[3]赵红喜.虚拟实验在中学化学实验教学中的应用研究[D].河南大学, 2013 (05) .