仿真化学实验室能省去真实实验环境中许多简单的劳动。例如:溶液的配置,实验仪器的准备,实验装置的搭建。如果对 实验内容设计为教学软件,可以在不同时间、不同场合中对实 验进行多次模拟训练。对于那些课堂上无法演示的实验,同样可以借助于仿真实验室达到良好的教学效果。例如:次氯酸见光分解实验,在真实环境中分解速度慢,很难观察到气泡产生和氯水颜色变化,而在虚拟环境中可以调节分解速度,颜色变化,这样既可以让 学生节省实验时间,集中精力研究实验现象本身的特性与规 律,又可提高学生学习兴趣和课堂的教学效果。
绿色化学实验思想指在化学实验设计与操作过程中应尽可能符合“绿色化学”的思想。它要求在设计上优化实验方案, 操作上严格控制药品用量,循环使用实验试剂与产物,从根本 上消除污染,防止污染对环境的破环。
在真实实验过程中,往往因为操作错误,导致实验完全失败,结果需要重 新配置标准液,重新滴定,而在仿真实验中只要点击重新开始 键,这就是对试剂产物的循环利用,实现了绿色化学思想中的 3R 原则(减量化、再利用、再循环)。
仿真化学实验室正是绿色化学理念在化学教学中的具体体现。例如酚酞指示剂用量严格控制到0.001mol,尽可能减少 试剂用量,节约实验药品,达到试剂微量化要求。未知液、标 准液能精确控制在25ml 以下,既节约了试剂,又达到了实验目的,净化了实验环境,达到了试剂定量化要求。
化学实验是学生学习化学的重要手段,化学实验室更是 师生学习化学的重要场所。故师生在研究学习化学过程中不可 避免地接触一些有毒的化学药品,有危险的实验操作。例如: 氯气的制取,浓硫酸的稀释。这些实验对师生身体健康的影响不可忽视。研究调查表明:大多数老师不愿做化学实验的原因 也在于此。而仿真化学实验室可以为学生提供虚拟的实验环境,让学生感到错误操作带来的危害性,这样也能给学生留下深刻的 印象,引起对安全规范操作的重视,减少有毒药品的泄漏,降 低化学事故的发生概率。
例如:滴定过程中突变范围的出现。使用 仿真实验平台不仅开阔了学生眼界,改变实验结果处理方案、手段,而且简化了数据处理过程,使实验结果更具说服了,教 学效果更显著。化学仿真化学实验室能够用相应的编程软件来代替人眼读取数据,手工记录数据,人脑统计、分析、处理数据,更使学生摆 脱了繁琐的计算过程。例如:在CEM 文件中 实践也证明:大部分学生能够充分相信,完全接受实验 中数据统计的结果。
在操作设计与应用中,可能是自己的制作技术不到位,也有可能是仿真化学实验室自身有一定缺陷,感觉有几个地方不够完 善,显的尤为遗憾。
(1)学生在仿真实验平台操作过程中,难免会心浮气躁,在标准液滴加到终点时一下子滴加过量,没有观察到颜色 与PH 值的变化过程,如果在平台中有“退一步”操作键,那必将成为实验一大亮点,使教学更完美,效果更显著!
(2)在中和滴定操作过程中,要求眼睛注视锥形瓶,右 手滴加标准液左手旋摇锥形瓶,但实验平台中没有手摇动作设
(3)酸碱滴定管本身就是精确的溶液量取仪器,在数据处理过程中,滴定管要求精确读数到0.01ml,可在确定读数 时只能到小数点后一位。例如:滴加标准液18.25ml,但读数 只能显示18.3ml,显然会增大最终误差,这是任何一位化学工作者所不愿发生的。虽然误差不可避免,但应当要求在可能 的情况下把误差减为最小。
(4)以盐酸滴定氢氧化钠,酚酞作指示剂为例,滴定到终点时,实验现象为恰好出现无色且半分钟内不恢复到粉红色。实验操作平台这一过程与现实滴定相互比较略有欠缺,平台中不能显示终点前滴加一滴标准液时,由粉红色变为无色, 震荡又变为粉红色,再滴加一滴,溶液再由粉红色变为无色, 半分钟后不再恢复为粉红色这一关键现象变化。
仿真化学实验室作为一种新的教学工具,具有再现功能 和模拟真实情景功能。正是由于其虚拟性,才使其具备了真实 实验中所没有的特殊优势。它可以把因仪器短缺,药品有毒,操作危险等因素而受限制的实验进行模拟再现,也可以节约时 间、空间、资金,改善实验条件,改进教学方法,培养学生思 想,开阔学生眼界,提高学生学习兴趣。虽然仿真化学实验室还不 能完全取代实验教学,但事实证明:只要运用恰当方法将虚拟 实验与真实实验有机结合起来,必定成为提高化学教学质量的 新方案。