虚拟仿真实验在物理化学实验教学中的应用

虚拟仿真实验在物理化学实验教学中的应用

崔 萍，彭 荣，肖作安

【摘 要】物理化学实验是化工、食品类专业必修的一门专业基础课，是将物理化学的抽象理论与实践相联系的重要环节，该课程涉及较多的仪器设备，操作复杂且理论性强。为弥补传统的物理化学实验教学中存在的不足，将虚拟仿真实验技术引入物理化学实验教学，可以强化学生的预习、复习等一系列自主学习过程，有利于学生创新能力、探究能力的提升。 【期刊名称】《化工设计通讯》 【年(卷),期】2019(045)011 【总页数】2

【关键词】物理化学实验；虚拟仿真；创新能力 基金来源：湖北文理学院校级教研项目（JY2017052）

随着经济的高速发展，社会对应用型人才需求的不断提高，高校的教育改革越来越受到重视，不断深化。在高等教育中，教学不仅要教会学生相关的知识技能，更为重要的是要帮助学生形成良好的学习与探究习惯，帮助学生形成良好的自主学习能力[1]。物理化学实验是高校化工、食品等专业的一门专业基础课程，涉及到多种仪器设备的操作，不仅使理论知识变得更加直观，强化学生对于理论知识的理解以及掌握，同时还能够对学生实践技能以及分析解决问题的综合能力进行提高。为了能够更好地实现这些目标，可以在物理化学实验教学中引入虚拟仿真技术，对传统教学方法存在的不足进行弥补，改善教学质量。

1 传统教学方法中存在的不足

传统的物理化学实验教学以老师为中心，以课堂为中心，学生处于被动学习，

被动接受的状态，教学效果并不理想，主要存在以下问题。 1.1 预习效率不高

因物理化学实验仪器设备多，学生大多没接触过，学生预习时仅仅是把书本上的目的、原理、实验步骤简要抄写一遍，并没有形成一个较深刻的记忆，更别说提出自己的见解。 1.2 实验成本较高

不同的物理化学实验项目涉及的仪器大多不同，在实验过程中老师不可能时时注意到每个学生，在不熟悉仪器的情况下，有的学生可能会出现误操作导致实验失败而需要重做，甚至导致仪器设备出现故障而需要维修，从而增加了实验 成本。

1.3 教学效果不理想

由于课堂教学时间有限，实验教师为了顺利完成课堂教学内容，关注点主要在让学生掌握实验仪器的使用，了解使用注意事项，以及如何记录数据、处理数据上。这种传统的实验教学模式造成学生实验中 “照葫芦画瓢”，实验后 “眨眼就忘”，结果是教师完成了教学任务，学生得到了预期的实验结果，交一份实验报告了事，教学效果并不理想，没有起到培养学生自主学习和科学探究的能力。

2 虚拟仿真技术在实验教学中的应用前景

以多媒体技术为基础的虚拟仿真技术，又称虚拟现实技术，是用计算机创建一个可视化实验操作环境，根据需要开展的实验的相关要求，利用三维模型构建工具建立虚拟实验仪器的模型以及相关的实验试剂，然后通过对这些虚拟实验仪器或者是设备的操作来开展虚拟实验，并获得相应的实验数据，获得和真实

实验相一致的教学目的以及要求。

虚拟仿真实验教学平台融合了高端的互联网技术，具有高度的交互性、学习资源的共享性和开放性等特点，为学生的学习、实验提供良好的资源基础，让学生有充足的学习空间和实验条件，完成理论课与实验课的完整契合。虚拟仿真实验教学模式相比于实验室教学而言具有较高的安全系数，实现了实验可重复性的沉浸式操作，可激发学生学习自主性，提高实验课教学的参与性，在实践教学中有着显著优势和良好的应用前景。

3 虚拟仿真实验在物理化学实验教学中的应用

在物理化学教学中应用虚拟仿真实验，可以对传统物理化学实验教学上所存在的局限进行改善，帮助学生实现理论到实践的转换，加深学生对于物理化学理论知识的理解，进一步培养学生的创新思维及动手能力，实现物理化学实验教学的终极目标。

3.1 加强了学生对仪器设备的基本操作能力

物理化学实验大多是借助于仪器设备进行操作的实验。学生在进入实验室做物理化学实验之前，对这些仪器设备大多并没接触过，仅仅通过书本的介绍，在预习时缺乏形象感，示教时，由于学生人数较多，实验仪器的视野范围相对较小，无法让每位学生都观看清楚。学生可以通过虚拟仿真教学软件的模拟实验来加深对实验仪器操作的理解和领会。实验仪器操作步骤细致、清晰，并且可以反复回放，加强了学生对实验仪器的基本操作能力，使学生获得深刻的印象，提高了传统实验的成功率。 3.2 提高了学生的学习兴趣

虚拟实验系统设计直观性强，仿真度高，并且当操作错误时有提示，避免了传