摘要:數學學作為探求自然規律、解釋自然現象的一門學科，化學實驗構成了它的基礎。隨著人類教育的日漸進步，傳統的化學實驗因為其自身的一些限制性條件而未能滿足數學教學中的所有要求。隨信息技術發展而出現的虛擬仿真技術，因為其獨到的優點被引入各類化學實驗，成為與傳統實驗相結合的一種新的實驗教學模式。這兩種實驗方法各有其優劣點，二者互相結合、相互填補，實現化學實驗在數學教學中的更大功能。
關鍵詞:傳統化學實驗；虛擬仿真實驗；虛實
結合作為一門自然學科，化學學有著鍛練中學生邏輯思維能力的作用，而作為數學學基礎的化學實驗則是培養中學生動手能力、科學思維能力、合作交流能力的主要手段。傳統實驗模式因為時空限制、儀器設備等誘因未能實現對中學生的培養要求。虛擬仿真實驗則為實驗教學打開了一個新的世界，它是計算機技術、虛擬現實技術、人機交互技術的產物，成為教育領域應用信息技術的一種創新[1]。相比之下，虛擬仿真實驗是通過構造一個結構化的虛擬實驗室，為中學生舉辦探究型學習提供實驗條件，并幫助中學生研究、分析和探求化學世界中各類感興趣的問題[2]。
1傳統化學實驗的優點與不足
1.1傳統化學實驗的優點。（1）能提升中學生感性認知。從心理學的角度出發，中學生總是對自己才能親身接觸的實物記憶得愈發深刻和透徹。在數學教學中，數學概念與數學規律是構建在一定的感性認知基礎之上的。傳統實驗由真實的實驗儀器和設備構成實驗的物質基礎，中學生操作真實的實驗儀器設備，通過視覺、聽覺、觸覺等來認識客觀事物獲得感性認知，對化學形成熱愛的同時加深對理論知識的學習與把握。（2）能提升中學生操作能力。中學生在進行化學實驗的過程中，不僅對原理的理解有所不足外，就會碰到各類各樣的實驗偏差，這就要求中學生學會剖析相關實驗的偏差原因，擁有一定的問題解決能力，曉得從碰巧偏差和系統偏差兩個角度進行剖析，清楚怎樣調節儀器來解決相關問題。在實驗推論不符合理論推論時，就能思索是因為儀器使用方式出錯還是儀器本身有缺陷造成的，并進行調節。在對真實儀器的調節過程中提升了中學生的動手能力和解決問題的能力。1.2傳統化學實驗的不足。（1）實驗教學受時空、人力限制。傳統的化學實驗教學通常都是在特定的實驗室進行。但是，在一些邊遠地區的中學，因為經費問題沒有建設專門的實驗室，致使化學實驗未能正常舉辦，未能實現實驗在教學中的作用。另外，實驗員數目不足和化學班主任兼職實驗員的現象使傳統實驗的舉辦出現了困難[3]。
學校數學班主任自身壓力大，她們既肩負著提升升學率的重任，又有自己職稱評定的壓力，而部份中學通常是將她們的職稱評定與升學任務的完成情況連為一體。所以，化學班主任們不可能專注于化學實驗的教學，她們更多是把精力集中于理論課的教學。而這樣就又回到了原先的應試教育模式，對中學生實踐能力、創新能力的培養十分不利。（2）實驗儀器老舊。傳統實驗使用實驗儀器進行操作時，隨著實驗次數的降低，實驗儀器被使用的頻度提升，儀器的銹蝕率變大，因而使中學生雖然在操作無誤的情況下，觀察到的實驗現象和獲得的實驗數據也不理想。所以，在實驗中常常出現這樣的現象，中學生為了能得到較理想的結果在整個實驗過程中都忙著檢測、修復儀器，浪費大量的時間，甚至到最后為了完成實驗任務不得不向其他同事匆忙借鑒一份數據，這嚴重影響了中學生進行實驗的積極性。（3）部份具象實驗現象不顯著。數學學中的部份知識較具象，通過傳統的實驗未能將那些具象性的化學現象呈現給中學生。為此，中學生在未能獲得感性認知的情況下，很難理解那些具象的知識。如電磁波的產生須要變化的磁場與電場的互相作用，所涉及的電場、磁場、電磁波都是物質的一種客觀存在，但看不見也摸不著，在真實的實驗中也未能呈現，中學生無法通過感性認知去理解，進而成為學習的難點。
2虛擬仿真實驗的優點與不足
2.1虛擬仿真實驗的優點。（1）安全、經濟。部份實驗過程中，為了保證中學生的安全，實驗班主任就會在實驗前重點給中學生講解注意事項，可中學生總是會對老師所囑咐的一些不能做的事有著強烈的好奇心，總想去嘗試一下瞧瞧會有哪些結果。如nb物理虛擬實驗的好處，學校熱學實驗中，老師勸誡中學生不可將一根單獨的導線接于電源的兩端，中學生處于初學階段，特別好奇想要親自見到這樣操作會出現哪些現象，在老師不注意的情況下進行錯誤的操作，就可能會燒毀電源引起安全車禍。虛擬仿真實驗提供虛擬的元元件和實驗環境，中學生可以根據自己的看法聯接實驗元件、觀察實驗現象。操作錯誤時，虛擬軟件會出現相關操作錯誤警告，提醒這樣操作會造成的害處，而不會引起真正的車禍。這就彰顯了虛擬仿真實驗比傳統實驗愈發安全、經濟的優點。（2）實驗結果更接近理論值。傳統化學實驗會遭到實驗儀器、場所等客觀誘因的影響而導致實驗結果不理想。而采用虛擬仿真實驗可以提供理想化的實驗環境，致使實驗環境不會對實驗儀器導致影響。比如，在用單擺驗證機械能量守恒實驗時，虛擬的環境不用考慮單擺受空氣阻力等影響，所以不會出現像真實實驗的擺動過程中振幅越來越小的現象。虛擬實驗中的各個實驗儀器之間并不是直接接觸，防止了儀器之間可能會有磨擦而形成的偏差。
（3）開放性的實驗環境。學生處于思維活躍、富于幻想、好奇心強的階段，她們總是對一切事物飽含了好奇心，會在腦子中想出一些天馬行空的東西，對于一些動手操作的事情飽含了極大的興趣，對一些既定的規則制度總有指責。所以，在實驗中常常有這樣的現象出現：中學生很不理解實驗的操作為何要根據書中所寫的步驟進行，換自己的方式可不可以？雖然班主任向中學生仔細地解釋其原因，中學生仍然執拗地覺得根據自己的看法和設計也能得到實驗療效而且還更簡單。虛擬仿真實驗則向中學生提供了一個開放的實驗平臺，中學生可以運用虛擬軟件根據自己的看法來選擇實驗模式、設計實驗步驟，在實驗過程中充分發揮了她們的直覺思維能力、創造思維能力，也實現了培養中學生學習興趣的目的。2.2虛擬仿真實驗的不足。（1）缺少實驗的氣氛。虛擬仿真實驗采用人機交互的模式，中學生面對的是冰涼的筆記本和一些不真實的軟件。實驗時老師通常是通過主機控制方法與中學生互動，這會給中學生帶來一種覺得：她們面對只是一個會講解實驗知識的機器，而并非真正的人。虛擬仿真實驗模式通常采取一人一機，未能提供真實實驗中的人文環境，無法實現核心素質中提出的培養中學生合作交流能力的要求。（2）實驗過分理想。虛擬實驗完全是在虛擬的環境中進行，各類器材的聯接、調節都是通過鍵盤或則按鍵來操作，中學生只要把握了實驗原理，依據實驗原理對實驗儀器設備進行聯接，就可以基本保證實驗結果與理論結果相符。數學核心素質中的“科學思維”提出培養中學生剖析問題和解決問題的能力。而虛擬實驗過程都十分理想，對真實實驗過程中的一些細節nb物理虛擬實驗的好處，非常是易出現的實驗故障等問題缺少模擬，不利于培養中學生發覺問題和解決問題的能力。
3兩種實驗的互補性
傳統實驗模式與虛擬仿真實驗各有其獨到的異同點，二者并小意此即彼、相互對立的關系，而是互相共存、相互推動的統一體。為了使化學實驗教學療效達到最優化，在學校化學實驗教學中應考慮將兩種實驗模式結合上去，進而實現實驗教學的目的。（1）從安全性與感性認知考慮二者的結合。（2）按照實驗目的合理選擇“虛”“實”實驗模式。化學實驗有多種類型，不同的實驗類型有不同的實驗目的，可大致分為，以觀察實驗現象為主的演示性實驗、以驗證數學定律或定則為主的驗證性實驗、以檢測為主的檢測性實驗、以探究化學規律為主的探究性實驗。班主任可以根據實驗項目目的的不同，靈活地采用虛擬實驗和傳統實驗。因為虛擬實驗模式提供的實驗環境和所得的實驗結果較理想，所以對于一些主要是以觀察實驗現象為目的的實驗就可以采取虛擬仿真實驗模式。如牛頓環實驗、小孔成像實驗等。另外，一些無法理解的具象概念和一些須要中學生按照實驗原理自行設計的設計型實驗也可以采用虛擬仿真實驗模式，使中學生在實驗過程中才能充分發揮自己的創新意識。
4討論
在信息技術還未發展時，化學實驗都是采用傳統的實驗模式來進行。隨著虛擬仿真技術在教學領域的應用，也促使傳統的教學發生了改革，帶來了一種新的教學觀念，并影響著教學模式和教學內容的變化。虛擬實驗的安全性、經濟性以及所具有的就能營造理想的實驗環境的優點填補了傳統實驗模式的不足。同時，因為虛擬仿真技術暫時未發展到就能像傳統實驗那樣調動學習者各類感知覺的強悍功能，所以這些方式只能作為傳統實驗的一種輔助。也正如上面所述，二者并小意此即彼的關系，而是互相補充、共同發揮實驗教學的最大功能。在今后的教學中怎樣將這兩種實驗模式有機結合，就須要我們這種正式成為人民教育工作者的中學生和正在教育一線工作的班主任們的不懈努力。
參考文獻
[1]張金鳳,賈小文,趙云飛,等.信息技術在化學實驗課教學中的應用[D].北京:海軍軍事交通大學基礎部,2018.
[2]王衛國,胡今鴻,劉宏.美國院校虛擬仿真實驗教學現況與發展[J].實驗室研究與探求,2015:214-219.
[3]劉科.仿真化學實驗室在中學數學教學中的有效應用策略研究[D].北京:湖南師范學院,2012.
作者:馮靚劉高福單位:湖南師范大學化學與電子科學大學