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摘要：為了培養(yǎng)理工科類學(xué)院生對(duì)學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣，迸發(fā)中學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造潛能，增強(qiáng)學(xué)院生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)技能，本文結(jié)合鄭州科技學(xué)院太原分校（以下簡稱“我學(xué)校”）的學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和中學(xué)生實(shí)際情況，對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式在學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用進(jìn)行剖析和闡述。
關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用闡述
本文引用格式：張英,等.探討仿真實(shí)驗(yàn)在學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用[J].教育現(xiàn)代化,2019,6(70):170-171,177.
一學(xué)院數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)概述
（一）學(xué)院數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)簡介
學(xué)院數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)是借助計(jì)算機(jī)把班主任指導(dǎo)、學(xué)生操作、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器融合為一體，它沒有普通意義上的化學(xué)實(shí)驗(yàn)必備儀器，而是通過在計(jì)算機(jī)上用數(shù)學(xué)仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬，使未做過實(shí)驗(yàn)的中學(xué)生通過仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體環(huán)境、所用儀器的整體結(jié)構(gòu)、性能構(gòu)建起直觀的認(rèn)識(shí)，用軟件模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件簡仿真度高、可行性強(qiáng)。目前，國外400多所學(xué)院都早已應(yīng)用“大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)”軟件投入到數(shù)學(xué)教學(xué)以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。獲悉，該軟件的中文版在日本學(xué)院、香港學(xué)院、香港城市學(xué)院、香港英文學(xué)院、香港理工學(xué)院等知名院校獲得應(yīng)用，遭到了海內(nèi)外院校師生的一致好評(píng)[1]。
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（二）舉辦學(xué)院數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的意義
學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是我學(xué)校所有理工類專業(yè)中學(xué)生步入學(xué)院后接觸到的第一門實(shí)驗(yàn)課程，是學(xué)院生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技巧和實(shí)驗(yàn)技能的開始。同時(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)論文格式，學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)必不可少的組成部份，對(duì)學(xué)院生將來的工作和學(xué)習(xí)中獨(dú)立思索能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力等素養(yǎng)來講是非常有必要的。[2]在教學(xué)過程中筆者發(fā)覺，很多中學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課不夠注重大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)論文格式，完全借助實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)班主任在實(shí)驗(yàn)課堂上講授的一點(diǎn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也僅僅是仿效實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。學(xué)院生常常被動(dòng)的接受知識(shí)，讓中學(xué)生自主學(xué)習(xí)成為空談，這樣除了沒有發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，并且養(yǎng)成中學(xué)生思想上的懶惰。這些教學(xué)模式培養(yǎng)的中學(xué)生，只能是為了完成課堂任務(wù)而做實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的目的[3]。其實(shí)我學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)課前要求所有中學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材及相關(guān)資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題進(jìn)行思索剖析，而且寫出紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，但有些中學(xué)生不注重實(shí)驗(yàn)課程，而在實(shí)驗(yàn)前為了交預(yù)習(xí)報(bào)告而隨便亂寫預(yù)習(xí)報(bào)告，根本達(dá)不到實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)的真正目的，因而在實(shí)驗(yàn)課堂上，無從下手，更談不上對(duì)學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、思考和創(chuàng)新，這么下去，根本達(dá)不到學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的目標(biāo)[4]。
剖析上述問題出現(xiàn)的緣由，結(jié)合我學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)資源優(yōu)勢但是考慮到須要舉辦學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)的中學(xué)生大都是80后，生動(dòng)、有趣、逼真實(shí)驗(yàn)器材再加上影音動(dòng)漫療效的仿真實(shí)驗(yàn)迸發(fā)了90后學(xué)院生們學(xué)習(xí)學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，通過對(duì)學(xué)院數(shù)學(xué)實(shí)物實(shí)驗(yàn)環(huán)境的逼真模擬，增強(qiáng)了中學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，加深了中學(xué)生對(duì)化學(xué)原理及設(shè)備的結(jié)構(gòu)的理解，并加大對(duì)儀器功能和使用方式的訓(xùn)練，培養(yǎng)中學(xué)生獨(dú)立思索、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ袑W(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)覺問題、解決問題的思索過程，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，推進(jìn)數(shù)學(xué)知識(shí)的目的，達(dá)到了實(shí)物實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)的療效。[5,6]
二現(xiàn)階段我學(xué)校數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)使用情況
在2014-2015學(xué)年第一學(xué)期，我學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在西安科技學(xué)院和晉城市政府的共同支持下，采購而且安裝調(diào)試了“大學(xué)數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)2010版”，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心機(jī)房還配備了40臺(tái)計(jì)算機(jī)創(chuàng)立仿真實(shí)驗(yàn)室，面向全學(xué)校理工科學(xué)生開放，中學(xué)生可以選擇校園網(wǎng)遠(yuǎn)程登陸和在數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室登陸兩種途徑完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
為了測試仿真實(shí)驗(yàn)的療效，我們選定了拉伸法測金屬絲的楊氏撓度實(shí)驗(yàn)和三線擺測質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩實(shí)驗(yàn)兩個(gè)比較精典的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試，但是將14個(gè)專業(yè)共28個(gè)班級(jí)（每位專業(yè)2個(gè)班級(jí)）的982名中學(xué)生分成兩組進(jìn)行測試，測試方式如下：每位專業(yè)一個(gè)班級(jí)中學(xué)生采用傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)卷的形式進(jìn)行預(yù)習(xí)，但是完成實(shí)驗(yàn)（簡稱“傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法”）；另一班級(jí)中學(xué)生先通過登陸“大學(xué)數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)2010版”完成預(yù)習(xí)，最后中學(xué)生再通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（簡稱“仿真實(shí)驗(yàn)法”）；對(duì)于拉伸法測金屬絲的楊氏撓度實(shí)驗(yàn)，一班中學(xué)生（共495人）采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法完成實(shí)驗(yàn)，二班中學(xué)生（共487人）采用仿真實(shí)驗(yàn)法則做實(shí)驗(yàn)。對(duì)于三線擺測質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩實(shí)驗(yàn)，一班中學(xué)生采用仿真實(shí)驗(yàn)法完成實(shí)驗(yàn)，二班中學(xué)生則采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。
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三中學(xué)生偏差結(jié)果統(tǒng)計(jì)剖析
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)真統(tǒng)計(jì)剖析后，我們得出以下兩個(gè)推論：（1）分別對(duì)拉伸法測金屬絲的楊氏撓度實(shí)驗(yàn)和三線擺測轉(zhuǎn)動(dòng)力矩實(shí)驗(yàn)的結(jié)果剖析來看，采用仿真實(shí)驗(yàn)法的所有專業(yè)中學(xué)生比采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法做實(shí)驗(yàn)的中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差大于2%、2%~5%的有顯著的提升；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差小于5%的比列有顯著的增長。（2）對(duì)于同一個(gè)班級(jí)來看，采用仿真法做實(shí)驗(yàn)朋友的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差也是顯著優(yōu)于采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法的中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差。即使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差的顯著改善，不一定是單一的實(shí)驗(yàn)方式才能決定的實(shí)驗(yàn)療效，并且實(shí)驗(yàn)方式在一定程度上可以影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度。從我學(xué)校測試的結(jié)果來看，無論縱向和橫向比較，仿真實(shí)驗(yàn)法比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法都有著難以比擬的優(yōu)勢。