基础化学虚拟仿真实验课程体系的初步探索与实践

于长顺　闵庆旺　张锋　翟滨　高世萍　肖作毅　王岩　杨大伟

摘要：基础化学实验是化学相关专业必不可少的技能训练环节，但在实验过程中，一些有毒化学试剂易对学生身体造成伤害，仪器操作不当也易损坏。本文以硫代硫酸钠溶液的标定初步探索虚拟仿真实验室的可实施性。

关键词：基础化学；虚拟仿真；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）28-0127-02

一、基础化学实验教学现状

经过多年的改革，我校的基础化学实验教学体系已经成为一个有机的整体，分为三个大的模块：第一部分是化学基本操作训练，涵盖无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验的所有基础操作训练（虚拟仿真实验教学系统的主要部分）；第二部分是初步的综合性、设计性实验训练，涵盖无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验的简单综合性、设计性实验训练，该部分只进行单独的综合性实验训练，不进行课程的交叉训练，前两部分在大学二年级前完成；第三部分是综合三门化学实验课程知识的研究性实验训练，该部分实验内容将涵盖化学实验课程的所有训练内容，以系列的研究性实验训练为主，按着科学研究的思路开设实验，由几个系列实验组成，从制备、合成、检测、鉴定，到研究报告的书写、研究结论的归纳总结的诸多方面进行训练。目前，化学实验教学模式通常是学生课前依据实验教材进行预习，教师课堂现场讲解，学生再进行实验。由于时间、空间、教学资源的限制，在面向大面积学生的实验教学中“照葫芦画瓢”模仿式教学模式长期存在，从而造成学生对于对实验课不重视，实验教学达不到预期效果，最终达不到教学目的。由此，改革传统化学实验教学模式势在必行，基础化学虚拟仿真系统的引入是解决当前问题的重要途径之一。

二、基础化学虚拟实验课程体系设置方案

通过虚拟仿真实验系统的训练，使学生不仅仅掌握基本原理和相应的单元操作，同时达到能够自如地综合运用所学的实验知识和技能，充分调动学生自主学习的积极性，更加灵活地掌握和运用所学的知识，在现实的实验条件下将会大幅度提高学生的动手能力、综合分析能力、解决实际问题的能力；为培养高素质、高水平的应用型人才，特别是受企事业用人单位欢迎的优秀人才奠定基础。虚拟实验课程体系设置方案的核心是根据实验教学大纲和专业特点，实行多层次课程内容，强化综合性系列实验和设计性实验。我国各高等院校的培养模式大体相近，尤其是工科的輕工、化工类专业，经过多年的教学改革，已经将四大化学实验融合成一个有机的整体，课程体系分为三个大的模块。本项目虚拟仿真实验系统与原有的实验体系配套，也分成三个部分：第一部分是化学基本操作训练，包括无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验的所有基础操作训练；第二部分是初步的综合性、设计性实验训练，包括无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验的简单综合性、设计性实验训练，该部分只进行单独的综合性实验训练，不进行课程的交叉训练；第三部分是综合三门化学实验课程知识的研究性实验训练，该部分实验内容将涵盖化学实验课程的所有训练内容，以系列的研究性实验训练为主，按着科学研究的思路开设实验，由几个系列实验组成，从制备、合成、检测、鉴定，到研究报告的书写、研究结论的归纳总结的诸多方面进行训练。根据上述思路，我们按实验的难易程度分为三类：基础实验、综合实验、探究性实验。

1.基础实验包括以下两部分：基础实验一：基本操作类如制备、分离、过滤、蒸发，重结晶以及容量、重量、含量分析等，主要训练学生在大学本科阶段必须掌握的化学基本实验技能技巧、物质的鉴定、分析、分离与提纯等方法。基础实验二：仪器类实验、基本参数测量实验，主要训练学生常用仪器的性能及操作方法，常规物理量和参数测量及数据处理等

2.综合实验。该层次实验主要以合成（含有机合成、无机合成等）为主线，辅之以各种分析与测量手段（大部分在基础实验阶段已经得到训练）。通过本阶段的训练，学生一方面可学到新的合成技术，同时又可以利用阶段掌握的基本实验技能、仪器操作以及数据处理等方法，对合成的产品进行分离提纯、分析表征，并测量相关反应的动力学参数等，也就是开展进一步的应用性实验。这可以帮助学生复习、强化前一阶段已训练过的知识，进一步规范实验操作技能和技巧，避免了简单的重复；并可以培养学生综合应用基础知识和提高解决实际问题的能力。

3.探究性实验。该层次的实验内容主要来自教师的科研成果，学生根据自己的专业和兴趣自由选择实验项目，教材中只给出实验目的与要求，学生必须通过查阅参考文献，撰写实验方案，经指导老师审查通过后独立开展实验，对于实验过程中发现的问题尽可能自行解决。完全摒弃了在以往实验教学中常用的“保姆式”教育，放手让学生去设计、思考，独立自主地解决实际问题，使学生的创新能力得到显着提高。

三、基础化学虚拟实验课程体系实践——硫代硫酸钠标准溶液的标定

（一）实验目的（在软件中点击相关按钮查看）

1.了解间接碘量法的基本原理。

2.掌握间接碘量法的反应条件和滴定条件。

3.学习用淀粉指示剂正确判断终点的方法。

（二）实验原理（在软件中点击相关按钮查看）

四、结语

虚拟仿真实验是现实实验教学的重要补充，虚拟仿真实验形象生动，可激发学生探索学习的兴趣。通过虚拟仿真实验教学系统的训练，有利于学生学习和掌握相关的实验知识，可以在有限的时间内，更好地训练学生的综合运用知识能力，使学生能够更加灵活地掌握和运用所学知识解决实际问题。

参考文献：

[1]龚曼.创建基础医学虚拟仿真实验室的思考和建议[J].中国教育技术装备，2016，2（382）：59-60.

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

Abstract：The basic chemical experiment is an essential part of chemical related professional skills training，but in the process of the experiment，some toxic chemical reagent is easy to cause harm to the student body，instrument improper operation is also easy to damage. Based on the calibration of the sodium thiosulfate solution preliminary explore the practical of virtual simulation lab.

Key words：basic chemistry；virtual simulation；the experimental teaching