基于虚拟仿真实验平台的有机化学实验教学实践

《虚拟仿真技术在化学实验教学中的应用》摘要：依据化学实验课程的特点和要求，在实验教学过程中引入虚拟仿真技术，（二）正确安排虚拟仿真实验与常规实验的关系，扬长避短，合理安排两者比例，充分发挥虚拟仿真技术教学的优势，二者相辅相成，既有真实的动手操作练习，又有灵活可靠的虚拟实验教学环境，使学生真正掌握实验知识，达到虚拟仿真实验教学的真正目的于颖【摘要】依据化学实验课程的特点和要求，在实验教学过程中引入虚拟仿真技术。

通过理论分析和教学实践，探索出虚拟仿真技术在化学实验教学中的最佳应用办法，解决了传统实验教学中面临的诸多现实问题，加深了学生对化学理论知识的理解，促进了创新人才的培养，实现了化学实验教学的资源优化和操作简洁化。

【关键词】虚拟仿真技术，化学实验，教学改革化学是一门实验课很强的学科，传统的化学实验课中教师要花费大量的时间向学生讲解实验原理、操作步骤和注意事项，学生实验技能训练时间有限，很难在规定的时间完成既定的目标，开设的实验内容多限于验证性实验和模仿训练，缺乏创新性实验。

实验仪器投资大，维护复杂，实验过程中许多有毒、有害物质造成环境污染日益显现等。

虚拟仿真实验教学技术正是因此应运而生的新型辅助教学手段，是对传统教学模式的补充和完善，解决了实验教学中传统的教育思想、教学方法和教学手段存在的问题。

已逐渐成为化学实验教学资源中不可缺少的部分，为化学学科发展开辟了一个全新的领域。

一、虚拟仿真实验的优越性虚拟仿真实验是利用计算机上各种虚拟的仪器设备取代传统的实验仪器，依照实验目的、要求与过程组装成一个完整的实验系统来完成实验的，聚合了教、学、练、考、管、评等完备的教学功能，具备高仿真性、安全性、专业性和效率高的特点。

与传统实验相比，虚拟仿真实验在化学实验教学中强大优越性体现在：（1）有助于转变现有的以教师为主导的单一实验教学模式。

（2）避免了实验带来的风险，无安全隐患，保证了学生实验中的人身安全。

（3）不受空间和实验时间的限制，可以随时随地的在高度自主性和交互性的虚拟环境中完成化学实验教学任务，具有很大的开放性和较强的扩展性。

虚拟现实技术在化学实验教学的应用运用虚拟现实技术在化学教学中开展教学工作，不但有助于优化当前的化学课堂，使课堂的教学容量得到极大扩展，而且还可以模拟现实生活中的真实场景，将所要教学的内容以更直观、形象的方式呈现。

尤其是对实验这一部分内容的教学与实践，有利于凸显重点、突破固有难点，而且还可以可视化某些抽象性知识，同时提升学生对化学学科的学习兴趣，降低实验风险，树立学生的绿色发展意识，而且突破各种限制，增强学生的学习效果等，从而更好地促进教学。

：虚拟现实技术;化学实验教学;应用虚拟现实（VirtualReality，简称VR），它于1989年由美国学者加隆雷尼尔(JaronLanier)提出。

这一技术是利用计算机的多媒体信息处理系统模拟真实的三维空间而创建出的虚拟世界，描述现实世界的各种物质和事物演变的动态过程。

随着多媒体和网络技术的飞速发展，当前学生学习的方式多样，不再局限于课堂学习，学生可在课后选择自主学习，虚拟现实技术的引进为其创造了机会。

在虚拟情境中，学生能够以各种方式与虚拟对象产生交互并在短期内获得反馈结果，从而感知到预期的各种信息并从中获得科学知识和技能，这样就从传统的以教促学转变为以学促学的方式。

在化学实验部分中相当一部分知识是不可观察或不容易观察的，例如核外电子的运动状态、化学平衡中反应达到平衡时反应物和生成物的状态等。

另外一部分试剂和实验都有较大的危险性，例如强酸、强碱，用氢气还原氧化铁和氧化铜，钠与水反应等。

鉴于化学这一学科的上述特点，这才使得作为处于前沿的虚拟现实技术走进中学化学，尤其是与实验教学部分结合有了充分必要性和实践性。

但具体的呈现形式或者操作方式怎么选择，就必须要充分考虑这一技术的特殊性,以最恰当的方式来呈现使效果最大化。

一、虚拟现实技术在化学实验教学中应用的优势1.提高学生对化学学习的兴趣，丰富学生的体验。

在传统课堂中，学生获取知识的通常途径是在教师的指导下，学生通过亲身经历一些化学实验来实现某部分知识和技能的获取。

第1篇一、背景随着信息技术的飞速发展，线上教育逐渐成为教育行业的重要组成部分。

线上实践教学作为一种新兴的教育模式，在疫情期间得到了广泛应用。

本案例以化学实验课程为例，探讨如何利用虚拟仿真技术进行线上实践教学，以提高学生的学习兴趣和实践能力。

二、案例概述1. 课程简介化学实验课程是化学专业学生必修的一门实践性课程，旨在通过实验操作使学生掌握化学实验的基本原理、方法和技能，培养学生的科学思维和实验能力。

然而，传统的化学实验课程存在一些局限性，如实验资源有限、实验环境难以模拟、实验结果难以重复等。

2. 教学目标（1）使学生掌握化学实验的基本原理和操作技能；（2）培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力；（3）提高学生对化学实验的兴趣和热情；（4）通过虚拟仿真技术，使学生能够在没有实际实验条件的情况下，完成实验操作和数据分析。

三、教学策略1. 虚拟仿真平台的选择本案例采用某知名虚拟仿真教学平台，该平台具备以下特点：（1）丰富的实验资源：涵盖化学、物理、生物等多个学科，满足不同课程的教学需求；（2）高仿真度：模拟真实实验环境，提供与实际操作相近的实验体验；（3）实时互动：支持教师与学生、学生与学生之间的实时交流，提高学习效果；（4）数据分析：提供实验数据分析和处理功能，方便学生总结实验结果。

2. 教学内容设计（1）基础实验：介绍化学实验的基本原理、操作方法和注意事项，如滴定实验、沉淀反应等；（2）综合实验：结合实际生产和生活，设计具有实际意义的实验项目，如药物制备、环保材料研究等；（3）创新实验：鼓励学生发挥想象力，设计具有创新性的实验方案，如新型催化剂研究、绿色合成等。

3. 教学过程实施（1）课前准备：教师根据教学内容，在虚拟仿真平台上设计实验方案，并上传相关资料；（2）课堂讲解：教师通过视频、图片等形式，讲解实验原理、操作步骤和注意事项；（3）学生操作：学生在虚拟仿真平台上进行实验操作，教师实时监控，解答学生疑问；（4）实验报告：学生完成实验后，撰写实验报告，总结实验结果和分析实验数据。

虚拟实验的初中化学教案
主题：观察金属在酸溶液中的活动性
目标：
1. 了解金属在酸溶液中的活动性表现
2. 理解金属活动性表的基本原理
3. 掌握观察实验数据并进行分析的能力
实验材料：
1. 硫酸溶液（浓度为1mol/L）
2. 锌片
3. 铜片
4. 铁片
5. 镁片
6. 铝片
实验步骤：
1. 将硫酸溶液倒入5个试管中，每个试管中的溶液量应相同。

2. 将5种金属片依次放入不同的试管中，注意每次只放入一个金属片。

3. 观察每个试管中金属片的反应情况，记录颜色和气泡产生的情况。

4. 根据观察结果，用金属活动性表将5种金属的活动性进行排序。

讨论问题：
1. 不同金属在酸溶液中的活动性是否存在差异？为什么？
2. 通过观察实验结果，我们可以得出哪些结论？
3. 金属活动性表如何帮助我们了解金属的反应性和化学反应的原理？
扩展实验：
1. 可以尝试使用不同浓度的酸溶液来重复实验，观察是否会对金属的活动性产生影响。

2. 可以用其他金属进行类似的实验，比较它们在酸溶液中的活动性表现。

实验风险：
1. 酸溶液具有腐蚀性，注意安全操作，避免溅到皮肤或眼睛。

2. 使用金属片时要小心锋利的边缘，避免划伤皮肤。

评价标准：
1. 能够正确进行实验操作并观察并记录实验结果。

2. 能够用金属活动性表准确排序金属的活动性。

3. 能够根据实验结果进行分析和讨论，理解实验的意义和结果。

新疆农机化2022年第2期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2022.02.012中图分类号:G642.0文献标识码:A0引言随着时代的发展，信息技术以及一些新兴虚拟仿真平台逐步登上了新时代的舞台[1]，虽然一些高校已经或者正在实行实验教学改革去应用新的教学资源来实现线上实验教学[2-5]，但是并未完全普及，一些偏远地区的高校改革进程缓慢。

2020年年初，新冠肺炎席卷全球，为实现“停课不停教、停课不停学”的目标，各个高校采取不同的措施，共同实施并保障高校在线教学，极大地促进了虚拟仿真实验教学的改革进程[6-9]。

我校也积极参与其中，遵循“厚基础、重实践、求创新、高素质”的办学定位目标和创新型人才培养宗旨，鼓励教师摒弃传统实验教学的教学模式单一、实验设备高成本、实验过程高消耗、考核体系不完善等问题，积极探索信息技术与实验教学融合、理论教学与实验教学协同、科学原理与工程应用相结合，以学生为中心，注重过程与方法、提高素质与能力、突出实践与创新的教学理念与方法，推进虚拟仿真实验教学的改革步伐[10,11]。

1电子技术虚拟仿真实验1.1电子技术虚拟仿真实验操作平台图1实验操作平台电子技术虚拟仿真实验通过虚拟仿真教学管理平台在线设计操作实验，平台设计以易用和实用为原则，综合运用了最新的设计思想和多种关键技术，使之在整体结构、操作方式、图形处理和界面设计等方面技术特色突出。

用户修回日期:2021-12-30基金项目:甘肃农业大学混合课程建设项目（GSAUBC2020A08）；甘肃农业大学校级虚拟仿真实验教学项目；电气专业教学团队项目（GAU-JXTD-201904）；新工科研究与实践项目（GAU-XGKYJSJ-202007）通讯作者:高晓阳文章编号:1007-7782(2022)02-0046-03虚拟仿真实验教学模式的探索与实践李红岭，高晓阳※，贾尚云，杨梅，牟佳伟，齐瑶（甘肃农业大学机电工程学院，甘肃兰州730070）摘要:2020年初的新冠肺炎疫情改变了许多课程的传统教学方式，实验教学工作重心也开始向线上转移。

虚拟实验在初中化学教学中的应用研究
教育信息化带动教育现代化。

在多媒体技术和虚拟现实技术发展的带动下,虚拟实验在学科教育中迅速发展开来,并越来越受到教育领域的青睐。

世界各国纷纷推出自己的虚拟实验室项目,例如,美国犹他州立大学开发出了PCR虚拟实验室；芝加哥伊利诺伊大学推出了有机化学数字实验室；卡耐基——梅隆大学的虚拟实验室。

鉴于各种应用在学科教学中虚拟实验室项目的纷纷出现,研究在教学中引入虚拟实验是否会提高学习者的学习态度、兴趣,是否会提高学习者的学习成绩就显得十分有必要了。

本论文依据虚拟实验国内外的应用现状和虚拟实验的概念及理论基础,利用NB化学虚拟实验室和金华科仿真化学实验室设计出若干虚拟实验,通过问卷调查和访谈等分析虚拟实验在初中化学学科的应用效果,最终得出结论：虚拟实验改变了学习者的学习态度、兴趣,且探究性实验的学习态度、兴趣优于验证性实验的学习态度、兴趣；虚拟实验对探究性实验的知识掌握部分产生了显著影响,对验证性实验的知识掌握部分没有产生显著影响。

本论文是对虚拟实验在初中化学学科中应用的一次探索,培养了学习者的实践能力,也提高了学习者的科学素养。

虚拟实验室在化学实验教学中的应用与创新1. 引言1.1 虚拟实验室在教学中的作用虚拟实验室是利用计算机模拟技术对实际实验进行虚拟再现的平台，它在化学实验教学中扮演着重要的作用。

虚拟实验室可以增强学生的实验操作能力。

通过虚拟实验，学生可以在没有真实仪器的情况下进行实验操作，熟悉实验步骤和操作技巧。

虚拟实验室可以提升学生的实践能力。

学生在虚拟实验中可以自主探索、实验设计，培养实验思维和解决问题的能力。

虚拟实验室还可以减少实验成本和安全风险，让学生在安全的环境下进行实验操作，提高实验效率和安全性。

虚拟实验室在化学实验教学中的作用是不可替代的。

它为学生提供了一个安全、便捷、互动性强的实验学习平台，促进了学生对化学实验的理解和掌握，为他们的学习提供了有力支持。

在当前数字化教育的大潮中，虚拟实验室无疑将成为化学实验教学的重要工具，为教学创新和提升教学质量提供支持。

1.2 化学实验教学的现状化学实验教学一直是化学课程中不可或缺的一部分，通过实践操作可以加深学生对化学理论知识的理解和掌握，并培养学生的实验操作能力和科学素养。

传统的化学实验教学存在着一些问题和挑战。

实验室设备昂贵，维护成本高昂，很多学校并不具备完善的实验条件；化学实验存在一定的安全风险，学生可能会因操作不当导致事故发生；实验教学需要大量的师资和时间投入，对学校的资源消耗较大。

而且，传统实验教学模式的实验内容可能存在滞后性，无法及时跟上科学发展的最新进展。

2. 正文2.1 虚拟实验室在化学实验教学中的应用虚拟实验室在化学实验教学中的应用具有许多优势和创新，为学生提供了更加便捷、安全、实时的实验体验。

虚拟实验室可以帮助学生在没有真实实验室设备的情况下进行实验操作，节约了实验教学的成本。

虚拟实验室可以模拟各种复杂的化学反应过程，帮助学生更深入地理解实验原理和实验过程。

虚拟实验室还可以提供个性化的学习路径，根据学生的实际情况进行定制化教学，帮助学生提高实验技能和解决问题的能力。

大学化学虚拟仿真实验教学建设——以水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验为例大学化学虚拟仿真实验教学建设——以水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验为例一、引言为了提高大学化学实验教学的效果，通过虚拟仿真实验的方式可以为学生提供更加真实、安全、高效的学习体验。

本文以水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验为例，探讨了这种教学方式的优势和应用。

二、虚拟仿真实验的意义传统的实验教学存在一些困难和问题，如实验设备成本高、实验操作风险大等。

而虚拟仿真实验通过计算机模拟真实实验过程，可以有效地弥补这些不足之处。

具体而言，虚拟仿真实验具有以下几个方面的意义：1. 提高学习效果：虚拟仿真实验可以根据学生的实际需求和水平进行个性化教学，帮助学生理解和掌握实验原理、实验步骤和实验技巧。

2. 降低实验操作风险：通过虚拟仿真实验，学生可以在没有风险和危险的情况下进行实验操作，减少实验事故的发生。

3. 节省实验设备成本：大学实验室需要购置大量的实验设备，成本较高。

而虚拟仿真实验只需要计算机和相关软件，成本相对较低。

4. 提升实验教学的灵活性：虚拟仿真实验可以根据学生的学习进度和实际情况进行调整和改进，使实验教学更加灵活和高效。

三、水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验水性聚氨酯是一种重要的高分子聚合物，广泛应用于涂料、粘合剂等领域。

超临界连续发泡技术是一种高效的聚氨酯发泡方法。

本文以这两个实验为例，探讨虚拟仿真实验的具体应用。

1. 实验原理与过程模拟通过虚拟仿真软件，可以模拟水性聚氨酯聚合的原理和实验过程。

学生可以通过虚拟实验平台，了解聚合反应的机理、影响因素和实验步骤。

同时，软件还可以模拟不同条件下聚合反应的动态变化，使学生更加深入地理解聚合反应的过程。

2. 实验数据分析与结果预测虚拟仿真实验平台还可以根据学生的实验操作和条件输入，模拟实验数据的生成和变化，并根据这些数据进行进一步的分析和处理。

通过数据分析，学生可以预测不同实验条件下聚合反应的结果，并对实验过程进行优化和改进。

探索虚拟仿真平台在物理化学实验教学改革中的应用发布时间：2021-04-28T11:15:34.353Z 来源：《教学与研究》2021年1月3期作者：沈星星，杨述，牛少莉，韩璐，王利江[导读] 本文阐述了虚拟仿真软件在物理化学实验授课过程的作用，并就有关问题进行分析和探讨，为物理化学实验教学改革提出一定的理论支持。

沈星星，杨述，牛少莉，韩璐，王利江河北科技师范学院，河北省秦皇岛市，066004，摘要：物理化学实验是一门化学专业学生必修的非常重要的实验课程。

由于物理化学理论内容较多，涉及到的物理化学实验项目也比较多，难以在实验室教学中涵盖所有的实验项目。

结合我院实验课程教授实际情况，本文阐述了虚拟仿真软件在物理化学实验授课过程的作用，并就有关问题进行分析和探讨，为物理化学实验教学改革提出一定的理论支持。

关键词：物理化学实验，虚拟仿真，教学改革我校的发展目标是建设特色鲜明的高水平应用型大学，并培养高素质的应用型人才。

而实验实践教学，是应用型大学培养应用型人才的重要组成部分之一。

在应用型大学建设中，如何有效提高学生的实践能力，促进学生掌握各种实用的实验技能，是实验教学改革应该重点关注的方向。

物理化学实验是化学类相关本科专业教学内容中非常重要的一门课程，它具有非常强的综合性、研究性以及较高的定量化程度，是化学领域各个研究方向所必需的重要手段。

而且，物理化学实验所涉及到的实践技能和经验是化工、材料以及高端仪器等领域的应用中最基础、最实用的技能，同时也是分析现实生活生产中诸多问题的基础。

因此，针对物理化学专业实验教学对专业基础知识储备及专业技术操作要求较高的特点，在教学过程中，如何在有限的学时、空间和教学资源等情况下，充分调动学生的学习积极性，引导学生掌握重要知识和关键实验技能是培养高素质应用型人才实验教学改革中亟待解决的关键问题。

一、当前物理化学实验教学存在的问题在以应用型人才为培养目标的物理化学实验教学过程中，先进的培养目标对现有的教学资源、教学手段和教学方法提出了一些新挑战：1、实验仪器购买成本、维护成本以及较多的人力投入。