仿真化学实验软件及其在化学教育中的应用

胡铱宸 阳志高

仿真化学实验软件及其在化学教育中的应用

胡铱宸 阳志高

（湖南省宁乡县第一高级中学 湖南宁乡 410600）

介绍了仿真化学实验室V3.0软件的功能、特点和使用方法；阐述了它在辅助中学化学和化学师范教学中的重要应用。

仿真化学实验室V3.0；中学化学实验；化学教学

一、引言

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学是中学化学和大学化学教育专业教学活动的一个重要环节和重要内容。理论的验证，知识的理解，操作技能的训练，后续知识的学习以及从事科学研究，都离不开化学实验。传统的化学实验教学最主要的手段是操作演示同时结合讲述和板书，这种教学方法使教师成为实验室最忙的人，不仅教学时间长，有时也出现学生看不真切的情况。另外，受到实验条件或高考的压力，有的中学开设的实验教学非常少，那么，对这部分中学生来说化学实验就成了纸上实验，既看不到实验现象又没有实验装置的概念，失去了化学教学的本来目的。

仿真化学实验室是专门针对中学化学实验而精心打造的软件，它不仅真实地反映了实验室中栩栩如生的化学实验仪器，提供了预先设置的化学实验，同时，使用者还可以根据自己的需要借助实验室向导工具建立新的模拟实验。仿真化学实验室改变了传统教学中“一人做，大家看”的局面，使学生由过去的被动“等待”和“接受式”的学习方式，变为“主动”和“探究式”的学习方式，并且使提倡的“启发式”、“学生为主体、教师为主导”的教学方法得到实现。同时，对于一些有害、有毒、污染环境和破坏性实验，也可在仿真化学实验室里模拟完成，保证了学生的安全。所以，探索仿真化学实验室软件在中学化学教学中的应用，不仅能提供化学课堂中的教学平台，也是化学教师的课件制作平台和学生的交互式学习平台，能激发学生的学习兴趣，开阔视野，培养探究精神，提高学习能力。同时，在大学化学教育专业的教学中，这也是一款值得推广的很有实用价值的实验模拟教学软件。

二、软件介绍及应用实例

仿真化学实验室软件由三个模块组成：仿真化学实验室、化学三维分子模型和化学小百科。化学三维分子模型是展示和构建三维分子结构的模块，但是试用版的很多功能禁用，这一方面可用一些免费的专业分子构建软件弥补。化学小百科提供了一些常用的化学基本概念、资料和数据；简捷的数据搜索工具可以使用户方便地查找和输出所需资料，用户还可以自由的修改和添加所需要的资料，不断地丰富自己的数据库，是一款方便的化学电子手册。

图1 仿真化学实验室操作界面

图2 添加药品界面

仿真化学实验室是这款软件的主体模块，是专门针对中学化学实验的虚拟化学实验室软件，提供了常用的化学实验仪器和药品，实验者可以按照实验方案自由地搭配仪器、添加药品和进行实验，并且能够逼真地展示实验现象，进行实验数据分析；也可以直接调用软件提供的预置模拟实验；同时它还是教学课件制作的好帮手，制作的课件不但专业性强，而且具有很好的交互性。本文主要对这一模块进行介绍，它的用户界面如图1所示。

利用这款软件搭建化学实验装置简便快捷。双击“仿真化学实验室”进入该软件的主操作界面，单击器件箱里的仪器，将鼠标置于空白处（实验区），再次单击出现所选的仪器；在相应的仪器上点击右键可以添加或删除橡皮塞、橡皮管等等；装置搭建好后，选定仪器，按右键选“添加药品”，出现“添加药品”窗口（图2），根据实验需要选定药品，并设定用量，添加即可。化学仿真实验室中的药品可以满足一般的实验要求，但是当有新的药品需求时，可以用“药品编辑器”扩充药品库。实验装置和药品添加完成后，通过菜单上的“实验控制”或快捷方式选择“运行实验”，展示实验现象，对实验进行分析，软件还设计了实验数据和实验的同步显示，使实验者对实验过程有清晰的认识。

以“验证木炭与浓硫酸反应的产物实验”为例，按上述方法搭建实验装置。在圆底烧瓶中加入12g炭，分液漏斗中添加浓硫酸600mL，玻璃管中添加无水硫酸铜20g，并依次在4支试管中添加0.1mol/L的品红溶液，KMnO4溶液，品红溶液，澄清石灰水各30mL。在主菜单栏上选择运行实验，按右键“点燃酒精灯”，单击“打开”分液漏斗，开始运行实验，如图3所示。在本反应中，无水硫酸铜检验水，C中的品红溶液检验是否生成SO2，KMnO4溶液与SO2反应，E中的品红溶液用来验证SO2是否除尽，以防对下一步澄清石灰水验证CO2造成干扰。

图3 木炭与浓硫酸反应实验（反应中）

仿真化学实验室还预置了许多中学化学常见的实验，使用者可以直接打开使用。以氢气还原氧化铜为例，单击“文件”菜单，在下拉菜单中选择“浏览打开”，在出现的对话框中选择“氢气还原氧化铜”，如图4所示反应后的情况。仿真化学实验室所提供的例子不但实验现象逼真，而且操作简单，能大大激发学生的实验兴趣，节省时间，提高教学质量和效率，取得良好教学和学习效果。

图4 氢气还原氧化铜实验（反应后）

三、对仿真化学实验室在化学教育中的感想

教育技术现代化是教育现代化的一个重要方面，作为一门重要现代化教育技术的计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction，简称CAI）由于具有充分发挥计算机对文字、图形图像、动画、视频、音频等媒体综合处理能力的优势，以及灵活多样的人机对话等特点，在教学中发挥了很大的优势，是世界各国尤其是发达国家大力发展的一种教学手段。

化学工具软件是一种重要的、特殊的化学教育资源。它是计算机技术与化学学科相结合的必然产物，是实现计算机技术在化学教学中应用的重要软件基础，是化学教学现代化的“催化剂和加速剂”。作为一类重要的化学工具软件——仿真化学实验室，在计算机辅助化学实验教学方面显示出了很大的优越性，它弥补了传统的中学化学实验教学对于抽象事物及事物细节等难以表述的不足，使实验变得生动形象，易于观察。而且，在教学中能极大地活跃课堂气氛，充实和丰富课堂教学内容，激发学生学习兴趣和求知欲，并能使学生注意力更为集中，有效地提高教学和学习效率。

另一方面，仿真化学实验室软件在对化学教育专业本科生的教学中也有重要的应用价值。化学教育主要是为中学化学培养人才的专业，业务上与中学化学教育接轨和教学手段的现代化是现代师范教育的重要方面。让学生熟悉和应用计算机辅助实验教学软件，有助于他们熟悉中学化学实验的内容和特点，为到中学进行教育实习做好充分准备。教育实习对化学教育专业的学生来说是重要的学习环节，对于他们理论联系实际以及毕业就业有是十分重要的意义，而现代教育技术的运用也是体现当代大学生综合素质和提高竞争力的重要构成部分。

充分发挥像仿真化学实验室这样的各种化学优秀工具软件在教育教学中的积极作用，还有利于充分挖掘计算机和网络教育资源的利用率和潜力，有利于把学生从网上聊天、网上游戏、网恋等新的不良校园现象导向到化学专业学习的正确方向上来。目前仿真化学实验室软件在中学化学实验教学中还没有得到广泛的应用，这需要广大化学教育工作者投入更多的精力。

［1］http：//www.jhksoft.com/

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1008-0546（2013）11-0096-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.11.039