虚拟仿真技术在防化专业基础化学实验教学中的应用探索

近年来，虚拟仿真技术不断创新与发展，在教育教学领域的应用日益广泛，尤其是在实践教学方面的发展前景和融合应用备受关注。在防化专业基础化学实验教学中引入虚拟仿真技术，不仅可以丰富创新教学手段，还能对传统实验教学内容进行扩展和延伸，使实验教学模式更加完善、教学质量进一步提高。

一、传统基础化学实验教学存在的问题

化学作为防化专业基础学科，知识架构及应用贯穿整个专业教学体系。但由于化学试剂的复杂性、实验条件的特殊性、学员素质的多样性，使得实验教学过程中存在以下几方面问题:

一是由于化学试剂种类繁多，多具有易燃、易爆、毒性、腐蚀性等特点，使得来源受限、采购困难，无法满足日常教学需要，部分涉及危险化学品的实验也存在一定的安全隐患。二是当前实验课程通常按照学员预习实验、教员讲解示范、学员实际操作、撰写实验报告、教员综合评价的步骤进行，实验教学仍以教员讲授示范为主，教学手段单一；学员被动学习、缺乏思考、按照步骤“走过场”倾向严重；实验内容虽然经典但过于守旧、创新不足，实验教学效果不甚理想。三是由于实验室场地、装备器材有限，不能完全满足教学要求，通常会安排分组实验，但实验过程中有时会出现意料之外的实验现象和结果，一时也找不出原因，导致实验反复失败、浪费课堂时间。四是实验成绩评定体系不够完善，学员平时成绩主要依赖实验报告撰写情况, 不够公平合理[1]。

二、虚拟仿真技术在基础化学实验教学中的应用探索

1. 理论知识讲解应用虚拟仿真技术

理论讲解作为化学实验教学的前提与基础，是确保实验安全、高效展开的关键。将虚拟仿真技术与多媒体技术相结合，可破解当前教员单向输出、学员被动接受的现状。如可将分子结构、化学反应机理、电子转移等抽象理论转化为3D 模型，使抽象的概念可视化；动态模拟溶液中离子迁移、电解池电极反应等肉眼不可见的现象，使微观的现象放大化；系统演示爆炸型、飞溅型等高危实验的错误操作，使危险的结果预设化。即通过创设生动逼真的情境、高度清晰的图像、简单明了的结构、有序递进的进程来优化实验理论的讲解，在理论知识教学中构建场景，使得原本枯燥乏味的实验理论变得灵动活泼，进而提高学员知识掌握的有效性、课堂参与的积极性、探究学习的主动性。

2. 实验进程组织应用虚拟仿真技术

依托虚拟仿真技术对实验设备和环境条件进行模拟，可解决现实实验教学的难点。一是配置虚拟仿真实验系统后，学员可实现人手一台电脑设备进行实验，并根据系统反馈的实验结果判断实验进程是否正确。若结果有误，可在教员引导下调整思路，重新在系统中验证 [2]，由此破解由于实验室场地、经费、试剂、仪器设备等因素制约，导致学员多人配组、操作不足的难题。二是基于虚拟仿真实验平台，一些耗时长的综合性实验也得以在课堂中实现开展，有助于学员对整个实验的开设目的、前期准备、实验进程、注意事项等系统掌握；对于高危险性的实验内容，也不需要使用真实物质进行高风险操作，消除潜在的安全隐患，给予学员一个安全、无压力的环境来尽情探索和设计实验[3] ；同时也可以进行一些常规条件下难以完成的实验、观察到不易微观细致的实验现象，提高学员的创新意识、实践能力和综合素质。三是应用虚拟仿真技术模拟遂行任务的不同情境，通过创设现实情境加深对处置现场专业知识的印象，引导学员将化学知识灵活应用在实践中解决实际问题。四是虚拟仿真技术通过数字化替代和智能化优化，减少了实物化学试剂的消耗、降低了对于能源和设备的依赖、规避了对于实验条件的严格苛求，可有效降低环境污染、实现绿色化学。

3. 实验结果反思应用虚拟仿真技术

虚拟仿真技术能将抽象的理论反思转换为具象的交互体验，使学员在“发现问题、对比验证、反思剖析”的循环中真正掌握科学思维方法，提高化学实验素养。一是可利用虚拟仿真实验系统中的实验过程纠错在各个步骤设置提示，提醒实验操作中的关键点；实验结束后对每一步实验操作的得分情况进行回溯，便于学员归纳总结实验注意事项、主动纠正易错操作。二是设置实验结果分析功能，将学员真实实验数据输入虚拟系统，与标准数据库自动生成对比图表，直观显示差异点，帮助学员剖析实验成败关键原因。三是利用虚拟仿真技术开发实验系统“问题思考”模块，即结合实验内容，设计具有针对性和启发性的思考题，以便于学员自我检测学习效果[4]。

4. 考核评价体系应用虚拟仿真技术

现有的基础化学实验考核评价体系主要以终结性考核为主、形成性考核为辅，久而久之学员出现课前预习不重视、课堂学习走形式、课后对照教材照本宣科写报告的现象。引入虚拟仿真实验后，教员可对实验内容的预习效果和学习效果进行精细化考核，通过查阅系统后台的数据记录，如学员在系统登录时间、操作时长、实验结果分析、课堂互动情况等，量化学员平时成绩，提高形成性考核的开展质量。此外，还可通过系统提供的学员实验结果分析、智能化教学报告等，将形成性考核与终结性考核进行整合，优化实验课程教学评价体系，以更科学的教学评价体系促进实验课程教学改革 [5]。

三、虚拟仿真技术在基础化学实验教学中应用的思考与展望

一是虚拟仿真技术在解决传统化学实验教学不足方面发挥了重要作用，但由于发展时间尚短，在实际运行过程中还存在一些不足与缺陷，需要进一步发展创造，并结合实际情况建设符合自身需求的相关资源。

二是虚拟仿真技术作为实验教学的辅助手段，并不能代替真实的实验。要

与传统实验相结合，在传统实验中锻炼学员的动手操作能力，在虚拟仿真技术中突破现实条件的局限，共同打造高质高效的基础化学实验教学模式。

三是将虚拟仿真技术融入到实验教学，不仅要在软硬件设施上下功夫，还要将建好的资源及时优化整合集成实验教学资源数据库，真正提高资源利用效率和应用价值。

四是利用虚拟仿真技术开展实验教学是一个动态发展的过程，需要不断优化改进。因此，需要建立健全实验教学仿真效能评估机制及时对虚拟仿真实验平台进行改进和优化，以适应不断的教学要求。

参考文献

[1] 杨威 , 孙钟 , 于海辉 , 等 .3D 虚拟仿真技术在化学实验教学中的应用探索 [J]. 造纸技术与应用 ,2025,53(01):60-61.

[2] 刘仁植 , 鲁辉 , 常笑 . 基于虚拟仿真技术的高校物理化学实验创新性教学研究 [J]. 西昌学院学报 ( 自然科学版 ),2021,35(02): 124-128.

[3] 李霞 , 李刚 , 王立萍 , 等 . 虚拟仿真技术在中药化学实验教学中的应用探索 [J]. 广东化工 ,2023,50(20):190-192.

[4] 夏亚钊 , 刘艳艳 , 刘雪莹 , 等 . 虚拟仿真技术在高职化学实验教学中的应用 [J]. 当代化工研究 ,2024,(24):161-163.

[5] 杨丹 , 王蕾蕾 , 宋丽丽 . 新高考背景下虚拟仿真技术在高职药学有机化学实验教学中的应用 [J]. 化工管理 ,2024,(22):45-49.