虚拟化学实验室优势浅析

墼蔓　ＮＯ．９　ＴＩＭＥ　ＥＤＵＣＡＴ１０Ｎ　Ｓｅｉ￣ｔｅｍｂｅｒ　虚拟化学实验室优势浅析　黄思良　摘要：传统化学实验教学中存在一些不容忽视的问题。虚拟化学实验室有其独特之处，将其应用至化学教学中，既可以突破传统　实验室的限制，又可以实现全新的功能，让我们的化学实验真正达到实验过程绿色化、实验手段现代化和实验结论科学化。　关键词：虚拟实验　沉浸感　中图分类号：Ｇ６４０　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—８１８１．２０１０．０９．０８０　化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验是激发学生　学习兴趣、启发思维、培养能力、发展智力及培养他们的科学素养　和创新能力的一种重要手段。然而，传统化学实验教学中存在一　些不容忽视的问题，例如部分实验由于其本身具有危险肚或实验　易发生误操作而发生危险，导致在教学中不能操作或限制了完全　操作；由于学生缺乏足够的实验操作技能，致使实验效率不高，造　成浪费时间和过量消耗实验材料等现象。虚拟实验室是由虚拟　现实技术生成的一类适于进行实验的实验系统，包括相应实验室　环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等”　。　与传统实验室相比，虚拟化学实验室有其独特之处，归纳起来有　以下几个方面：　１沉浸感　们身边，把直观的感受给了我们，把直接的经验奉献给我们。虚　拟现实技术也可以缩短时间，把需要几十年甚至上百年才能观察　的变化过程在很短的时间内呈现出来。例如，煤和石油的形成、　钢铁的腐蚀等，而虚拟技术在短短的几分钟内就可以实现。　４实现实验容量无限和实验的零损耗　一般实验室会受经费、场地、试剂等等制约，导致某些实验难　以开出。而虚拟化学实验室打破一些传统实验室的限制，开出更　多实验。学生只需要可上网的计算机无须添加其它硬件设备和　软件安装，就可以进入网上虚拟化学实验室任意选择实验项目进　行实验操作，人数上不受传统实验室大小的限制，为实验保障和　实验开展提供较大的方便，减轻了实验室维护人员的劳动强度，　从根本上解决了普遍存在的实验室经费保障不足的问题。同时，　学生观看了演示实验和进行了模拟操作后，使其在进入传统实验　室后可以更为顺利完成实验，减少了误操作，提高了一次实验成　功率，大幅度减少实验中化学药品的损耗，有利于节约时间、节约　成本，提高实验效率。　５实现实验技能自动测评　对于学生来说，实验技能的培养受到重视。但与此不相称的　虚拟化学实验室擅长营造使实验者置身于实验对象之中的　逼真环境。使用者戴上头盔显示器、数据手套等传感设备，便可　将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一份子。学习者与　虚拟环境中各种对象的相互作用就如同在现实世界中的一样。　当学习者在场景中移动改变自己在虚拟场景中的位置时，虚拟场　景中的图像、声音等信息也实时的跟随变化，对观察者的动作进　行反馈。学习者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多　种感知信息，一切感觉都是那么逼真，因而可以充分调动各种感　官的积极性，进行实时的全方位的学习，所体会到的将是一个与　现实世界极其接近的教学情景。　２安全性　是，当前实验技能测评的方法却相当落后，常见的有纸笔测验法、　实验报告法、表现性评定法等等，这些方法的缺点显而易见。　录制与回放技术的实现使虚拟化学实验室用于测评成为可　虚拟化学实验可以避免真实实验可能因操作失误所带来的　各种危险。以往对于危险的或对于人体健康有危害的实验，一般　采用多媒体展示等方式来取代实验，学生无法直接参与实验，无　法获得最直观的感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则　可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做一　能。当前的录制与回放技术主要有屏幕录制和回放技术、底层事　件录制和回放技术和高层事件录制和回放技术　Ｉ。采用高层事　件录制与回放技术录制的数据文件可读性强，方便对学生和教师　的操作进行对照分析，从而找到学生操作的错误；采用该技术实　现的录制与回放模块在虚拟化学实验室中占用系统资源较少，对　实验效果的呈现不会造成任何影响；采用该技术实现的录制与回　放模块开发比较简单，而且可以很方便地集成到各种虚拟化学实　验室中去，方便用户的使用。　６实现化学实验数字化　些剧毒性、破坏性、综合性和研究性的实验。虚拟的实验系统，可　以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危害；虚拟的实验　系统，可免除操作失误而造成的严重事故。以这种方式获得的经　验也会迁移到学习者现实生活的实践中。　３超时空性　传统化学实验教学模式是近距离性的，学生必须在指定时间　在虚拟化学实验室里，学生通过输入各种参数、形象化操作　或者自然操作，控制实验进程。操作者输入不同的参数或实施了　不同的操作行为，将会在虚拟环境中直观的呈现不同的实验结果，　便于学习者进行深入观察和分析比较，提高他们进行科学探究的　能力，使教学与实验得到事半功倍的效果，有利于提高实验研究　的普及水平。　综上所述，在化学实验教学中引进虚拟实验有着传统手段不　可比拟的优势。随着虚拟现实技术不断的向前发展，虚拟化学实　验室必将更广泛地应用于化学教学。　参考文献：　和指定地点进行实验，而平时则没有机会进入实验室进行学习。　建立虚拟化学实验室能够使这一问题得到有效缓解，无论是学生　还是教师，都可以随时上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种　实验。虚拟实验室能给任何实验者在任何地点、任何时间里广泛　地提供赖以学习、工作和研究的实验场所。　利用网络虚拟实验系统，可以彻底打破空间的限制。它能够　将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、宇观世　界、客观世界、主观世界、幻想世界等拥有的物体和发生的事件单　独呈现或进行有机组合，并可随时随地提供给实验者进行实验。　例如学生可以进入放大了的微观世界，在血液循环系统中畅游，　【１１李笑，董云耀．基于ＷＥＢ的虚拟实验室的研究与设计Ⅲ．计算　机与数字工程，２００６，（２）：１３２　【２】傅骞，曲朝霞．面向测评的虚拟化学实验室研究与实现　．开放　教育研究，２００６，（３）：７６～７９．　甚至可以选择进入红细胞，去探求其中的化学奥秘。虚拟现实可　以放大时间，把一瞬间结束的事件慢慢展现在学生面前，让学生　慢慢观察。所有这一切无法亲历的世界却被虚拟现实带到了我　—作者简介：黄思良，运河高等师范学校，江苏徐州２２１３００　１　０４—