建立虚拟化学实验室进一步开放实验室

摘 要：通过建立虚拟化学实验室,进一步改革化学实验教学模式、实验内容,提高学生的动手能力和创新能力.

关 键 词：虚拟化学实验室；开放；创新

中图分类号：06-31文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）01-0248-03

一、前言

随着我国高等教育事业的蓬勃发展,实验教学的改革不断引起实验教学工作者的关注.实验教学是教学中的重要环节,它不仅使学生能从各种客观规律的认识和探索中进一步认识世界,而且能增强学生独立动手能力、开发创造能力,以及为以后工作实践打下基础.教育部把开放实验室作为近几年高等学校教学质量评价的一个重要指标.因此,应把开放实验室作为提高教学质量,培养学生运用所学理论知识和基本实验技能来解决实际问题能力的一项重要工作来认真对待,提高关系学校生存发展的高度来认识,并进行一些必要的改革和创新.

当前大多数化学实验教学中,由于实验条件的限制,实验的预习与复习一直是较为薄弱的环节.目前实验预习基本上都是有任课教师提前安排实验,由学生回去后根据书本内容查阅一些资料、文献来做的.学生在实验前的预习中一般不能进入实验室实地观察,仅凭教材上的文字叙述和图片描述,难以获得对实验操作过程的较为全面的认识,因而对实验的准备就显得不够充分,以致在一定程度上影响实验效果.这样的预习效果往往不太理想,学生只对实验目的、实验内容、实验原理等有初步的了解,对实验仪器、实验操作也只是模糊的印象.在实际实验中,由于没有经过模拟演练,学生在实验操作中往往会出现手忙脚乱、摔破玻璃仪器、损坏实验器材等现象,这样也增加了实验安全隐患.其次,在实验后的复习过程中,学生又不可能再有实际操作的机会,这也不利于巩固在实验中学习到的知识和技能.

虚拟化学实验室就是基于这样的目的而建立的,学生在进入实验室之前先到虚拟化学实验室进行实验模拟演练.在虚拟化学实验室中,有任课教师制作的各种实验教学课件和演示视频,学生可以坐在电脑上进行观看和操作演练.另外,虚拟化学实验室是将计算机信息技术融入化学实验中,这对激发同学的学习兴趣有很大的帮助,能充分调动学生的积极性,培养学生创造性思维,为以后走向社会做好准备.近年来,我们在虚拟化学实验室的建立和实验室的开放尝试着进行了一些实质性的工作.

二、虚拟化学实验室的建立

虚拟化学实验室是依托浙江省化学实验教学示范中心（简称“中心”）下属的计算化学实验室建立的,该实验室拥有33台高性能计算机,能满足建立虚拟实验室的需要.虚拟化学实验室是由各实验任课老师制作完成的一整套化学实验教学课件和演示视频组成的系统,将这整套东西放到计算化学实验室,供学生平时观摩和演练.在制作虚拟化学实验室时,我们采用了比较流行的两个化学软件：CorelChemLab和ModelChemlab.我们利用屏幕动画截取软件HyperCam和这两个化学软件之间的相互配合,制作出了一系列的虚拟化学实验教学课件,供教师和学生使用,提高实验教学效果.

CorelChemLab和ModelChemlab这两个化学软件都具有良好的图形界面和简便的操作,备有多种常用的实验仪器,形象逼真.开发者为我们准备的设备有烧杯、漏斗、喷灯、滴定管、锥形瓶、长颈烧瓶、圆底烧瓶等,基本操作包括加热、过滤、抽真空等.ModelChemlab采用插入式模块结构设计,每个功能模块对应一个实验项目,开发者在模块中预置了相应的化学药品清单,用户添加反应物的操作便可以在备选菜单中方便地选择.这样我们能进行交互式的、实时的、生动的、近似真实的模拟化学实验过程及实验中发生的现象的模拟.HyperCam是一款专门用来捕捉计算机屏幕操作流程的工具软件,其中包括鼠标的移动轨迹与音效,完成之后可以将其保存为标准的I视频文件.因此HyperCam很适合用来制作教学课程或演示软件.这三个软件通俗易学,任课教师就是通过这三个软件将枯燥的化学实验变成生动逼真的教学课件.学生在进入实验室进行实际操作前,都可以进入虚拟化学实验室进行模拟演练,这将大大提高实验教学质量.另外,学生可以上网下载和自做课件,这样可以充分调动学生的学习积极性,通过实验预习—虚拟化学实验室—实际实验操作（包括教师指导）—虚拟化学实验室这样的模式,学生可以巩固所学的知识,为以后踏入社会做好扎实的基础.

三、虚拟化学实验室的使用

虚拟化学实验室包含所有大学化学实验的内容,例如：基础化学实验Ⅰ、基础化学实验Ⅱ、基础化学实验Ⅲ、综合化学实验、现代仪器分析实验等.因而适合各个年级的化学专业学生学习使用.同时,虚拟化学实验室所选用的都是经典化学实验,所以同样适用一些非化学专业的学生使用,例如：纺织工程、纺织化学与染整、材料科学、生命科学的学生等.我们把虚拟化学实验室整套系统放在计算化学实验室的电脑中,在电脑上安装基本的化学软件,供学生平时观摩演练等.作为省级化学基础课示范中心,我们在理学院的网站上建立了自己的网页,这就为把虚拟化学实验室放置到网上提供了平台,进一步地开放了我们的实验室.

在学生进入实验室之前,教师可以利用虚拟化学实验室预先对学生进行指导,而且规定学生进入实验室之前必须经过虚拟实验室的模拟演练.教师可以经过简单地培训就会使用上述的三个软件.任课教师把所属课的实验用这三个软件编写成可以供学生模拟演练的课件和观看的演示视频,最后将这些课件放置到虚拟化学实验室中,供广大学生使用.另外,也可以加入一些PPT等多媒体课件.在实际操作前,一般地模式是由教师将要做的实验布置给学生,由学生课外查阅相关资料、文献,最后提交实验预习报告,然后到实验室展开实验.这样就会出现各种问题,例如：学生对实验没有深刻地印象,实验中会手忙脚乱、摔坏玻璃仪器、损坏贵重实验仪器等.我们的模式是：由教师布置实验任务,学生先在课外查阅相关的资料、文献,写出实验预习报告,然后学生可以从计算化学实验室进入虚拟实验室,也可以经过网络进入虚拟实验室,进入之后可以进行一系列更深刻地学习实验知识和实验技能,不懂的地方可以询问任课教师.最后学生在任课教师的指导下完成实验,撰写实验报告.在完成实验后,学生如果还是没有弄清楚的话,可以再进入虚拟实验室,对已做的实验再次进行模拟演练,这能使学生的记忆更深刻.这也是我们的创新点.学生到虚拟实验室的时间比较自由,计算化学实验室每周一到周五都对外开放,所以学生可以自由安排时间去模拟演练.学生也可以在宿舍里进入虚拟实验室,学生可以不用专门跑到计算化学实验室.虚拟实验室开设了专门的下载区域,供学生下载各种课件.CorelChemLab、ModelChemlab和HyperCam三个软件也提供了下载,学生可以自己学习使用这三个软件,编写实验模拟演练和制作实验视频等.通过这些措施我们就是想把学生的自由度加大,这样有利于提高学生的学习积极性,增强他们的自学能力和创新能力.

我们作为省级化学基础课示范中心,以开放怎么写作和资源为突破口,怎么写作下沙高教园区和浙江省区域经济为主要目标.因而虚拟化学实验室也是对外开放的,学生可以通过浙江理工大学网站进入虚拟化学实验室.

四、虚拟化学实验室的管理

虚拟实验室是下属于浙江省化学基础课示范中心,本“中心”由学校实验与设备管理处和理学院二级管理的,所以各种管理措施都已经具体落实了.另外,作为创新的实验室,它也有实验教学过程规范,这有别于其他传统实验室.各种化学实验课件和实验模拟程序都是由各个实验任课教师和实验技术人员共同完成的,再由网络管理人员放置到“中心”的网络上.为了不断改进我们的实验教学,在“中心”网络上专门开设了“联系我们”窗口,内有各个任课教师和各个实验技术人员的等,学生若对实验有任何建议可以直接跟我们联系,以便更好地改进实验教学.

五、总结

通过建立虚拟化学实验室,进一步开放实验室,给学生创造一个更宽松、更自由的学习环境,让学生在进入实验室之前,预先模拟演练化学实验,这有利于学生丰富和巩固理论知识,确立和强化实验安全意识.通过在计算机和网络上的教学,有利于增加学生的兴趣,激发学生的求知欲,提高学生的创新能力.与此同时也存在一些问题：建立虚拟化学实验室后,实验任课教师和实验技术人员的工作量加大了；实验室管理更加复杂化；相关政策需要不断完善；等等.这都需要在实践中妥善处理才能使虚拟化学实验室完全开放,充分发挥其作用.