虚拟仿真资源在化学专业教学中的综合应用探索

教育信息化是信息时代教育改革发展的必然要求，也是教育现代化的核心特征。《教育信息化十年发展规划》中所述：“以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择”。在国家信息化发展战略指导下，信息化技术在教育、管理、科研等过程中的广泛应用推动了教育观念、教育模式、学习方式等的深刻改革。根据教育部《教信息化十年发展规划》，我国从2013 年开始启动了国家级虚拟仿真实验教学中心的评审活动，共批准了300 个国家级虚拟仿真实验教学中心，且到2020 年，教育部即将完成1000 个“示范性虚拟仿真实验教学项目”的认定。[1]到目前为止，全国各高校已经建立了覆盖理工类、农林医药类、人文社科类等各个学科方向的虚拟仿真实验教学资源。

1 教育信息化发展中的虚拟仿真

虚拟仿真实验教学发展到今天，已经不单单影响了教学内容和教学手段，更是一种教学理念和模式。其具有以下几个特征：

（1）学习过程立体化。虚拟仿真实训教学环境可以创设多种情境，采用计算机技术依照实验实景建立三维动画模型，虚拟的操作环境和沉浸式的操作模式更能够激发学生的学习兴趣，促进学生从被动学习向主动学习转变。同时，由于其较强的交互性及实时结果反馈等优点，在一定程度上能够对学生在学习过程中所提出的假设模型进行验证，为学生综合能力和创新思维能力的培养提供了保障。

（2）教学空间多元化。近些年多种新型的教学模式兴起，但是难以彻底的普及，根本原因还是受限于硬件设备和教学空间。然而，虚拟仿真实训教学不受课程、空间、时间、地域、学科类别及专业技术领域的限制，是一种普遍适用的教学手段。学生借助于虚拟仿真软件便可以无限制、无浪费、无污染的模拟实训，利用过程记忆可还原的特点完成在真实环境中难以完成的实践过程，从而获得等价乃至优于真实训练的体验。

（3）教学场景虚拟化。依托虚拟技术及真实环境的数学模型，构建高标准、高要求、高危险的实验环境，并可以实现真实环境、偶发性自然现象及设备和运行过程的“再现”，可以使学生在虚拟的场景中进行人机交互、师生交互及生生交互，减少对理论或者实践知识掌握不足而造成的设备损坏及安全事故，从整体上提高学习质量和专业水平。

（4）教学模式普适化。虚拟仿真技术作为一种教学手段，其具有极强的兼容性，多数通用型应用软件均具有实训教学的仿真功能，适用于教学设计、教学过程、测评考核等实训教学全过程。所有能够以实物形式展开的实地教学内容，理论上虚拟仿真技术都可以呈现、深化和拓展。利用虚拟仿真技术辅助教学，还可以节省大量的时间为学生开设综合性、设计性及探究性等实验，有助于学生专业素养的培养和提升。[2,3]

但是，我国绝大多数的虚拟仿真教学过于片面化，一般院校均将虚拟仿真实验资源作为实践教学内容的拓展，或作为模拟大型生产过程的实训教学资源，未能有效将教育部支持建设的免费共享资源利用起来，未能综合性培养学生的专业思维和创新性思维。[4]因此，高等学校必须更新教学观念和模式，以虚拟仿真综合训练课程为基础，倡导综合利用虚拟仿真资源，借助其不受时间和空间限制的优点，强化拓展专业知识的同时，注重学生专业思维模式的引导和培养，加强学生创新性思维实现能力的培养。

2 高校化学教学中虚拟仿真教育

化学所研究的对象是不能直接观察到的，同时化学反应的本质及规律也隐藏在复杂化学现象中，而化学反应中强调变化和动态平衡，所有的化学都是基于化学实验来验证的，这就要求我们的学生要用思维去分析、用模型去具现化、用归纳统计、抽象概括去揭示化学规律。同时，化学教育对实践性的要求很高，要求学生必须走进实验室并请自动手操作才能获得感性的认识，这个过程是课堂理论教育和在线理论教育所不能代替的。但是，由于一些客观原因，比如实验场地有限、实验课时少、实验设备不充足等，尤其是大型仪器设备台套数不充足，难以满足人人有效动手操作，学生对教师所讲授的知识内容缺乏直观的认识，对学生创新思维和学以致用的能力培养无法切实到位。当今社会对复合型、创新型人才的需求越来越大，行业层面大型精密仪器的普及率飞速增长，变革传统实验教学模式，引入现代化教学手段进行辅助教学势在必行。[5,6]

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