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［摘要］有機化學(xué)實驗是化工類專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的必修課，傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)效率低，將有機化學(xué)虛擬仿真實驗作為實驗教學(xué)的輔助手段，可有效提高有機化學(xué)實驗教學(xué)的質(zhì)量。在有機化學(xué)實驗教學(xué)中，既不能單純地依賴虛擬仿真實驗教學(xué)，也不能只依賴傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)，需要將兩者有機地結(jié)合在一起。通過虛擬仿真實驗來完成對實驗的預(yù)習(xí)和實驗過程的模擬，通過真實的實驗操作來提高學(xué)生的動手能力和處理突發(fā)狀況的能力，從而使教學(xué)效果更好。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真；有機化學(xué)實驗；教學(xué)模式

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)或模擬技術(shù)，是利用虛擬系統(tǒng)模仿真實系統(tǒng)的一門綜合性技術(shù)［1］。伴隨計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在高校實驗教學(xué)中開始得以應(yīng)用［2］。有機化學(xué)實驗是有機化學(xué)教學(xué)的一個重要組成部分，在實驗過程中會涉及很多實驗裝置、大型精密儀器以及各種化學(xué)藥品，將虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗進行有效整合，有利于提升有機化學(xué)實驗教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗教學(xué)模式存在的問題

傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)模式一般包括學(xué)生預(yù)習(xí)實驗、教師講解及演示、學(xué)生進行實驗、撰寫實驗報告4個階段，每一個階段都會存在一些難以解決的問題。

（一）學(xué)生預(yù)習(xí)實驗階段

在做有機化學(xué)實驗前，學(xué)生要對實驗進行預(yù)習(xí)，以掌握實驗?zāi)康?、原理及實驗步驟，但學(xué)生根本不重視預(yù)習(xí)，對預(yù)習(xí)只是敷衍了事或者根本不預(yù)習(xí)，直接抄襲有機化學(xué)實驗教材內(nèi)容來完成預(yù)習(xí)報告。影響了學(xué)習(xí)效果。

（二）教師講解及演示階段

在進行有機化學(xué)實驗前，指導(dǎo)教師需要在有機化學(xué)實驗室對本次實驗的內(nèi)容（包括實驗題目、實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗步驟以及實驗過程中的注意事項和安全問題等）做詳細的講解。但現(xiàn)實中存在以下問題：有的學(xué)生本身對實驗缺乏興趣；學(xué)生在實驗前對實驗預(yù)習(xí)不夠，對實驗掌握不深；實驗人數(shù)較多且實驗場地不足，無法滿足一人一組的條件，只能是2人或者多人一組，這就導(dǎo)致有的同學(xué)能夠認真聽講，而有的同學(xué)既不認真聽講也不認真做實驗，有的同學(xué)甚至根本不做實驗等。此種模式不僅不能激發(fā)學(xué)生對有機化學(xué)實驗的興趣，有時還會把學(xué)生探索知識的欲望扼殺在搖籃之中。

（三）實驗室進行實驗階段

1．在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗中，實驗內(nèi)容基本上是一成不變的，教師在上課時照本宣科，學(xué)生也是機械地進行模仿并完成實驗，就連實驗報告都是照著實驗講義抄下來的。2．有機化學(xué)實驗中會涉及到一些分子模型及反應(yīng)機理，這是傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗所達不到的領(lǐng)域。3．受實驗場地和實驗儀器數(shù)量的限制，即使是最基本的實驗，都要2個人或者是2個人以上一組，這樣就造成個別同學(xué)少做實驗或者根本不做實驗，根本達不到預(yù)期的教學(xué)目的。4．需要在有機化學(xué)實驗室完成的教學(xué)任務(wù)非常繁重，加上學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)也非常繁重，對于每一個有機化學(xué)實驗，每個學(xué)生都只有一次進入有機化學(xué)實驗室進行實際操作的機會，無論實驗成功與否，都沒有再次來到有機化學(xué)實驗室進行重復(fù)實驗的機會，所以對于一些重要的實驗知識很難掌握牢固。5．有機化學(xué)實驗所用的反應(yīng)儀器多數(shù)都是玻璃儀器，非常容易破損，每次做完實驗都會有不同程度的損壞，造成很大的經(jīng)濟損失；實驗中所用的溶劑和實驗中所產(chǎn)生的氣體對環(huán)境會造成污染，同時也會對實驗人員身體造成一定的傷害；有機化學(xué)實驗所得到的合格產(chǎn)品、不合格產(chǎn)品及廢液等，一般情況下都是采取統(tǒng)一收集和銷毀的方式來處理，增加了學(xué)校的經(jīng)濟壓力。6．學(xué)生不認真預(yù)習(xí)有機化學(xué)實驗講義，對實驗不熟悉，擔心在實驗過程中將儀器打碎，更擔心實驗會產(chǎn)生對人體有害的固體、液體和氣體，所以寧可在旁邊觀看別人做實驗也不親自動手。

（四）撰寫實驗報告階段

在每次實驗結(jié)束后，學(xué)生需要撰寫本次實驗的報告。學(xué)生對實驗?zāi)康?、實驗原理和實驗步驟只是照抄照搬實驗講義上的內(nèi)容，即使是實驗的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析部分，也都是相互抄襲，有的同學(xué)甚至連產(chǎn)率都不會計算，更缺乏對本次實驗的正確分析。

二、將虛擬仿真實驗應(yīng)用于有機化學(xué)實驗教學(xué)中的意義

（一）有利于提高預(yù)習(xí)質(zhì)量和充分有效地利用課上課下時間

由于虛擬仿真實驗的引入，學(xué)生可以在上有機化學(xué)實驗前對本次實驗進行預(yù)習(xí)，充分掌握實驗的目的、實驗原理、實驗步驟和實驗中需要注意的事項，這樣就可以使實驗教師從講解實驗中解脫出來，使學(xué)生有足夠的時間進行實驗操作。同時，學(xué)生在虛擬仿真程序中進行實驗的模擬，教師可以在該程序中看到學(xué)生做虛擬仿真實驗所用的時間及質(zhì)量。這種方式一方面能保證學(xué)生預(yù)習(xí)實驗的質(zhì)量，又能保證學(xué)生進行真實實驗的質(zhì)量，更能提高做實驗的效率［3］。

（二）有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、認識問題和解決問題的能力

在有機化學(xué)虛擬仿真實驗中，學(xué)生首先要了解本次實驗所需要使用的玻璃儀器、玻璃儀器的組裝及拆卸和實驗過程中需要注意的事項；其次，學(xué)生要了解實驗過程中所使用的藥品、溶劑以及所生成的產(chǎn)物會對人體產(chǎn)生哪些傷害，如何將傷害減小到最低；再次，學(xué)生還需要了解三廢應(yīng)該如何處理，盡自己最大能力來減小實驗對環(huán)境的影響；最后，學(xué)生還要在有機化學(xué)虛擬仿真實驗中學(xué)到如何處理反應(yīng)過程中出現(xiàn)的意外情況（如失火、爆炸等）。學(xué)生通過有機化學(xué)虛擬仿真實驗充分了解實驗每個環(huán)節(jié)及其問題處理方法，使學(xué)生提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

（三）真正實現(xiàn)有機化學(xué)實驗室向?qū)W生開放

在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)中，由于受教學(xué)任務(wù)、實驗儀器和實驗室面積的限制，有機化學(xué)實驗室不能向?qū)W生完全開放。當將虛擬仿真實驗引入到有機化學(xué)實驗教學(xué)中時，由于虛擬仿真是在計算機上運行相關(guān)程序來模擬實驗，可以不受時間和空間的限制，所以可以真正地實現(xiàn)有機化學(xué)實驗室向?qū)W生開放。學(xué)生可以選擇在課余時間，通過計算機來模擬有機化學(xué)實驗。學(xué)生既可以按照教學(xué)大綱規(guī)定的實驗進行模擬操作，也可以自行設(shè)計實驗和自行組織實驗，進行反復(fù)操作，使自己的動手能力得到提高，同時在實驗過程中學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性得到充分發(fā)揮。

（四）改變有機化學(xué)實驗教學(xué)思路［4］

在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)中，主要以驗證性實驗為主，即使有少數(shù)的綜合性實驗，也都是非常簡單的，學(xué)生只需要按照實驗講義機械地操作就可以，缺乏做實驗的自主性。將虛擬仿真引入到有機化學(xué)實驗后，學(xué)生不僅可以完成傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗中規(guī)定的實驗項目，還可以根據(jù)自己的興趣自行設(shè)計實驗方案，通過這種方式可以培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗中，由于指導(dǎo)教師人數(shù)少而學(xué)生人數(shù)較多，所以指導(dǎo)教師在做實驗前只能對實驗進行泛泛地講解，在實驗過程中也不能對每一名同學(xué)進行指導(dǎo)，在實驗結(jié)束后才能對學(xué)生的實驗報告進行批閱。相反，在進行有機化學(xué)虛擬仿真實驗時，指導(dǎo)教師與學(xué)生可以實現(xiàn)在線互動，教師可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題并及時進行糾正，從而使教學(xué)質(zhì)量得以提高。

（五）能夠節(jié)省實驗經(jīng)費、彌補實驗室面積不足

有機化學(xué)實驗有自己的特點：需用玻璃儀器作為反應(yīng)儀器、藥品和溶劑都為消耗品、需要用核磁和高分辨質(zhì)譜作產(chǎn)品的表征，這些方面都是極其耗費實驗經(jīng)費的；由于受實驗儀器和實驗室面積的影響，在實驗過程中不能保證一個人一組，為了按時完成有機化學(xué)實驗的教學(xué)任務(wù)，只好2個或者2個人以上為一組進行實驗。而有機化學(xué)虛擬仿真實驗只需要固定的實驗室來安放一批計算機，再投入一些購置仿真軟件以及更新軟件的費用即可，實驗經(jīng)費遠低于傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗。另外，虛擬有機化學(xué)實驗并不需要真實的玻璃儀器、藥品和溶劑，從而避免了這方面的浪費，進一步節(jié)省了學(xué)校在有機化學(xué)實驗方面的投入。

（六）彌補沒有特殊實驗儀器的缺陷

在有機化學(xué)實驗里面，有的實驗對條件要求比較苛刻：有的實驗要求高溫高壓、有的實驗要求無水無氧、有的實驗要求有特殊氣體處理裝置等。在做實驗時，如果實驗室暫時沒有這些特殊的實驗儀器，將會導(dǎo)致實驗無法開展。相反，將虛擬仿真引入到有機化學(xué)實驗后，將不受實驗儀器的限制，在虛擬環(huán)境下能夠完成各類有機化學(xué)實驗，使教學(xué)效果更加明顯。

（七）真正做到綠色、無污染、避免潛在危險［5］

在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)里，學(xué)生在做實驗前不注重對實驗的預(yù)習(xí)，不了解實驗的實驗原理和實驗步驟，對實驗儀器也不熟悉，做實驗時只是按照實驗講義機械地進行實驗，實驗的失敗率較高，這樣就會造成實驗藥品及溶劑的浪費，同時增加了對環(huán)境的污染。將虛擬仿真引入到有機化學(xué)實驗后，學(xué)生在實操階段就能夠減少失敗率，同時也減少了對實驗藥品及溶劑的浪費，也進一步降低了對環(huán)境的污染。在傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗中，所使用的有機化學(xué)藥品多數(shù)是對人體有害的物質(zhì)，即使是乙醇等常用溶劑也會對人體造成一定的傷害。另外，在實驗過程中有時還會產(chǎn)生有毒氣體或者是發(fā)生藥品的噴濺乃至爆炸，學(xué)生一旦不認真做實驗，就有可能對自身造成一定的傷害。將虛擬仿真引入到有機化學(xué)實驗中，就會避免上述危險，既能按時完成教學(xué)任務(wù)，又能保證學(xué)生的人身安全。

三、將虛擬仿真應(yīng)用于有機化學(xué)實驗的策略

將虛擬仿真引入到有機化學(xué)實驗中有著諸多優(yōu)點，但虛擬仿真是不可能完全代替真實實驗操作的。首先，虛擬仿真實驗雖然是整個實驗過程的模擬，但要想培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，還必須通過真實的實驗操作來完成；其次，在真實的實驗過程中，會出現(xiàn)一些無法預(yù)料的突發(fā)狀況，這也是在虛擬仿真實驗中無法模擬到的［6］。因此，在有機化學(xué)實驗教學(xué)中，為了達到更好的教學(xué)效果，我們既不能單純地依賴虛擬仿真實驗教學(xué)，也不能只依賴傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗教學(xué)，而需要將兩者有機地結(jié)合在一起。通過虛擬仿真實驗來完成對實驗的預(yù)習(xí)和實驗過程的模擬，通過真實的實驗操作來提高學(xué)生的動手能力和處理突發(fā)狀況的能力，從而使教學(xué)效果更好。

參考文獻：

［1］狄寶晶．三維動態(tài)虛擬現(xiàn)實仿真與大學(xué)機械類實驗教學(xué)中的軟件建設(shè)［J］．現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（5）：172－175．

［2］趙經(jīng)成．運用現(xiàn)代技術(shù)開展仿真模擬實驗教學(xué)［J］．中國高等教育，2003（10）：30－31．

［3］茹婷婷，石瑩巖，初學(xué)峰．基于高校虛擬化學(xué)實驗研究若干問題的建議［J］．高教學(xué)刊，2016（12）：54－55．

［4］蘇旭霞，劉素楠，管立新．開展虛擬仿真實驗促進實驗教學(xué)改革［J］．科技廣場，2008（3）：252－254．

［5］曾凡斌，劉漢蘭，謝勁松．利用虛擬化學(xué)實驗促進有機化學(xué)教學(xué)［J］．中國現(xiàn)代教育裝備，2008（12）：89－90．

［6］郭亞寧．仿真模擬技術(shù)在有機化學(xué)實驗教學(xué)中的作用［J］．高校實驗室工作研究，2011，108（2）：46－47．

作者:陳國軍 單位:長春工程學(xué)院