化学实验技术篇1
关键词：化学工程实验技术课程；改革；创新能力；策略
在量子力学的建立发展下，现代化学理论得到了快速发展，但实验在化学研究和化学教学中仍占据非常重要的地位，高等化学教学中的实验教学作用也日益突出。化学教学中的实验教学在培养学生化学学习认知、研究能力和应用化学能力等方面发挥了重要的作用。在新课改的深入发展下，高等化学教学在讲授了化学基本原理和化学实验技能基础上，开始着重培养学生独立化学实验设计的能力，注重对学生展开实验技术和化学知识综合应用能力的训练[1-5]。高等化学实验课程体系改革成为高等化学教育发展的重要内容，得到了越来越多人的关注。完整化的高等化学实验教学改革内容包括化学实验课程体系和课程内容的优化、化学实验基地的建设、化学实验具体实践操作方法、化学实验组织管理等，其中最为重要的是化学实验课程体系。
1高等学校化学工程实验技术课程发展现状
在高校的扩招发展下，化学工程实验技术课程实验基地建设质量参差不齐，同时在学生毕业就业竞争的日益激烈下，在化学实验教学中很多学生过度重视理论，轻视了实验教学。现阶段高等学校化学实验教学存在的问题具体体现在以下几个方面:（1）在化学工程技术实验课程内容上存在“三多三少”的现象，从总体上看，依赖课堂理论教学的验证性实验课程较多，设计性的实验课程少；独立性的单元操作课程多，综合性的实验课程少；经典类型的实验课程多，能反映最新科学研究成果的内容少。（2）化学工程技术实验课程是根据化学理论课程体系设置的，在实验课程的安排上过于强调对化学课堂教学的补充，忽视了化学实验课程开设的本身特点，无法发挥出化学实验课程的本身作用。（3）化学工程技术实验课程教学模式单一，注重按照教师事先安排好的内容开展教学，无法发挥出学生学习的主观能动性。
2化学工程技术实验课程内容的设置
2.1精选基础性、理论性强的化学实验
化学工程技术实验课程内容改革的指导思想是要加强学生动手操作能力的训练，注重提升学生综合素质的培养，通过化学实验教学进一步巩固学生在课堂上掌握的化学理论知识。为此，教师可以在有限的教学学时中，精选化学基础理论实验教学内容，如可以为城市土木工程建设专业的学生开设胶体溶液性质类实验课程，在实际教学中要注重引导学生进行实验教学方案的设计，具体包括实验流程设计、胶体溶液的配制、实验仪器的安装和实验操作等[6]。
2.2注重精简重组验证性化学实验
化学工程技术实验课程要减少验证性实验在总体实验中的比重，验证性实验中繁多的验证内容不利于激发学生的学习兴趣，也不利于培养学生化学学习的综合素质，浪费了有效的课堂教学时间。在原有的化学实验教学中，“氧化还原反应与电化学”及“电解质溶液”是常见的验证性实验，实验验证过程简单，方便学生的观察，但在实验操作过于简单的情况下不利于调动学生学习积极性。为了解决这个问题，教师可以将这两个实验进行精简处理，在两个实验的重组中以“氧化还原反应与电化学”实验为主体内容，将“电解质溶液”的实验内容融入到原来电池的组成和电动势的测定中，让学生在原有电池的电解质溶液中加入适当的物质，如氨水、硫化钠等，之后应用精密的微安表对电池电动的情况进行观察，从而了解物质浓度变化对电极电势产生的影响[7-9]。这种精简重组之后实验的开展能够提升学生学习的积极主动性，实现学生自主化学习。
2.3增设应用型和综合应用型化学实验
在化学工程技术实验课程改革思想的指导下，教师要根据学生专业学习的特点增设应用型和综合应用型化学实验。例如，可以增设水硬度测定、金属材料腐蚀和防护测定实验、金属材料老化等综合型化学实验。在水硬度测定实验中，教师应用离子交换法和蒸馏法演示净化水的过程，通过实验向学生展示应用导电率来衡量和评价水纯度的重要意义。学生对实验兴趣很高，为了获得更精确的实验数据，一次次反复验证自己的实验，改进自己实验操作方式，对促进学生的化学学习具有重要意义。
3化学工程技术实验课程教学过程
3.1教学方式的选择
教师可以采用交互式的教学模式向学生具体介绍化学实验技术原理和重难点问题，通过交互式实验教学研究设计让学生能够有效解决化学实验学习中遇到的难点问题。化学教师要根据化学工程技术实验课程教学指导思想制定科学合理的教学方案。定期安排教师互相听课，从而促进教师之间的教学交流，提升彼此教学水平[10]。应用多媒体技术开展化学工程技术实验课程教学，通过多媒体的引入弥补传统化学实验教学视野狭窄的问题，缓解实验教学经费和学生人数之间的矛盾问题。
3.2培养学生良好的化学实验习惯
（1）教师要引导学生形成严谨、科学的实验研究作风。这种作风在化学实验操作中的表现是，学生能够仔细观察化学实验操作出现的各种现象，在发现实验现象和预期实验构想存在出入时，学生要能够从各方面查找误差的原因，和其他学生进行讨论，从而及时解决实验操作中出现的问题。（2）原始性实验记录对于学生实验思路的形成、实验规律的把握等具有重要意义。为此，在实验开始阶段，需要学生仔细、规范的记录化学实验现象和实验操作获得的结果。（3）学生要养成良好的卫生习惯，在化学工程技术实验课程过程中教师要监督学生注意做好实验器具回收工作，不能随意丢放实验器材以及实验产生的各种杂物。
3.3完善教学评价体系
在化学工程技术实验课程教和学习的过程中建立相应的激励评价机制，对提升学生的化学实验能力，促进化学实验教学发展具有重要的意义。为此，高等院校可以从化学工程技术实验课程教学内容、教学方式、教学管理和教学评价等方面建立相应的实验教学管理和评价考核机制[11]。在学生化学学习方面，学校要建立学生成绩和学分结合的学习评价方法，具体包括学生能否按时到达实验室、能否在实验之间做好了充足的准备以及学生是否如实记录了实验操作过程和做好实验总结。
4化学工程技术实验课程师资队伍建设
化学工程技术实验课程教师队伍的素质和能力对整个化学实验体系运行发展具有重要的作用。为此，高校需要加快打造一支结构合理、人员素质高、掌握多种化学实验教学技巧的教师队伍[12]。为了充分发挥高素质化学实验教师队伍在化学工程技术实验课程教学中的优势，学校可以制定一系列能够提升化学实验教学质量、促进实验化学有效运行的政策，充分发挥出教师在化学工程技术实验课程教学中的优势力量，培养学生化学学习综合能力。
5完善化学工程技术实验课程保障体系建设
高校需要从制度上进一步保障化学工程技术实验课程教学的开展，通过化学工程技术实验课程制度的建设，加强化学实验指导教师对化学课程教学各个环节的重视，具体包括化学实验教学方案、化学教学实验过程和化学实验结果的验收管理等，充分发挥出化学实验教学的重要地位和作用。
6结语
化学工程技术实验课程的开展不仅仅是为了加强学生对所学化学理论的理解、提升学生化学基技能训练和应用能力，更重要的是培养学生在生活实际中应用化学知识的能力。结合不同专业学生所学专业特点，进一步拓展学生化学知识面，提升学生化学学习兴趣，实现学生对所学化学知识的灵活运用。学生化学工程技术能力和他们综合能力的提升密切相关，科学合理的化学实验内容和规范化的化学实验技能训练，对培养学生的自我创新艺术，提升学生的科学研究能力，增强学生在社会主义经济市场中的竞争力具有重要作用。为此，需要有关教育人员根据不同专业学生化学学习的需要进一步完善化学实验教学体系。
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化学实验技术篇2
多媒体教学技术、中学化学实验
【中图分类号】G633.8文献标识码：B文章编号：1673-8005（2013）02-0304-02
多媒体教学技术，一般包括摄影、实物投影、摄像、计算机多媒体技术和网络技术等方面。
1投影技术对化学实验教学中的应用。
化学课的演示实验，其目的是通过实验让全体学生观察到物质变化的全过程，理性上有一定的认识，从而提出疑问，获得结论。演示实验可提高学生对化学的学习积极性和参与程度，体现实验过程的真实性、科学性，让学生信服，是培养学生观察能力的重要途径，也为引出课题、问题，进行讨论、探索，发现创造条件。因此，演示实验要真正起到演示作用，不能演而不示，使演示实验变成讲实验，观察实验现象变成讲实验现象。为了提高演示实验的可见度，传统的方法一般采用放大实验仪器，抬高实验装置，增加实验药品的用量巡回展示实验结果，然而实验仪器的放在是有限的，巡回展示实验结果又浪费时间，且有些现象是在实验中瞬间产生的而无法观察到，以至影响教学效果。采用投影技术，可克服上述缺陷，大大提高演示实验的效果。例如：浓H2So4稀释实验时，对实验中关键性的观察点――温度计读数的变化，通过投影技术进行扩大，使验证性实验的验证更具科学性，用实物投影仪对氢氧化钠固体表面潮解现象进行放大，激励学生注意观察生活中的化学现象。
投影技术主要是对实验现象进行放大，克服演示实验可见度小的缺陷，使学生能清楚地观察到实验现象，特别是一些细小的、不易观察到的实验现象。投影技术使实验的科学性得到提高，增强学生学习的积极性和参与程度，为培养学生的观察能力提供条件，
2摄像、放像技术在化学实验教学中的应用。
演示实验教学中，有些实验具有一定的危害性和危险性，在课堂上无法实施演示，借助于录相教学，既保证学生的安全，又保护环境，又达到良好的教学效果。通过录像技术还可以对实验中的错误操作引起的危害进行真实再现，引起学生的重视，帮助学生掌握正确的实验操作步骤和操作技能。例如：浓H2So4实验，课堂上一般演示正确的操作，对不正确的操作进行讲解，通过录像对浓H2So4滴入水中放出大量热量使H2So4液飞溅现象进行演示，使学生加深对这一知识点的理解，这样的教学可以使学生正确掌握实验操作规则和正确认识实验装置，对实验的成功起到一定的作用。
3多媒体网络技术在化学实验教学中的应用。
化学实验的操作步骤和操作规范都有一定的要求，一旦学生操作失误，不仅会引起实验失败，也可能引起实验事故，更会引起学生的恐惧心理，影响学生学习化学的兴趣，采用多媒体网络技术，应用典型的软件资料，对操作易出错的后果进行模拟。这样，让学生在计算机前先进行模拟操作，以掌握正确的操作和对不正确的操作的理解，再进行实验，将大大提高学生实验的有效性。例如：氯气的实验室制法中，实验结束后应先将导管移出水面再移去酒精灯的操作，一旦失误，有一定的危险性。为了解决这一难题，通过多媒体技术，设计、制作了氯气的实验室制的软件，对这一操作做了一些特别的处理，在课堂上，让学生进行反复模拟实验，一旦操作正确，计算机给予奖励提示，鼓励学生，而一旦学生操作错误，计算机则对水倒流试管底部，试管破裂的危险场面进行模拟。再如：对点燃未检验纯度的氢气发生爆炸进行模拟，使学生加深对操作错误引起危害的认识，然后再进行正确的实验，通过多媒体技术的模拟，不仅提高了实验的成功率，更深刻理解正确操作的重要性。
多媒体技术在化学实验中，起到实验设计教学，对学生进行化学知识和实验操作技能的演示教学，有利于培养学生的迁移能力、解决问题的能力，相互协作能力和创造能力，在多媒体“实验室”中让学生在实验室中畅游，发挥自各自的才能，去探索化学世界的实验.例如：物质的鉴别，通过多媒体“实验室”提供学生所需试剂，由学生设计各种方法进行实验并加以判断。计算机对各种方法所产生的各种现象都会模拟，并正确判断加以正确提示，有利于培养学生对知识的巩固、应用和发展，培养学生的创造精神和创造能力。
在计算机多媒体技术上，我们可以通过声音、画面、文字、于一体能展示微观世界，微缩的客观世界，模拟化学反应，打破了学生认识中的时空限制，用各种感官来感知信息有利于学生的主动参与，激发学习兴趣，更符合现代学生的思维学习习惯，在通过交互功能和模拟技术，对一些危险性、危害性的实验，放心的让学生大胆操作，为学生的探索和创造提供条件。
化学实验技术篇3
1手持技术简介
手持技术从上世纪80年代开始就在国外发达国家的理科教学中得到了广泛的应用，而我国基础教育中应用手持技术仪器（包括采集器、传感器与图像计算器等）则始于上世纪末本世纪初。随着手持技术的硬件及软件技术的逐渐成熟，国内许多学者在手持技术的实验开发方面作了大量的工作，目前较具代表性的专著为华南师范大学钱扬义教授编写的《手持技术在理科实验中的应用研究》和北京师范大学王磊教授编写的《传感技术化学实验探究手册》。
手持技术的组成包括图形计算器、掌上设备、传感器（探头）、数据库等设备以及相关的网络和软件。其核心部件是传感器，已被广泛用于工农业生产、科技军事、日常生活等各个领域。目前在化学实验教学中应用最广泛的传感器包括：电流传感器、电压传感器、pH传感器、电导率传感器、湿度传感器、温度传感器、色度传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器以及各种离子（如K+、Ca2+、no3-等）浓度传感器等。
2手持技术在化学实验教学中的优势及价值
手持技术是一种高科技、现代化的实验工具，具有许多传统实验工具无法替代的优点，为化学实验教学及其研究的开展提供了广阔的发展平台。
2.1便于实验教学空间的开放
手持设备的数据采集器和传感器体积轻巧，便于携带，能随时随地进行探究活动，并能将实验过程与结果进行及时存储、分析和处理，将其与化学实验教学有机融合，克服了传统实验课程只能被禁锢于实验室之中的窘境，为化学实验课程赋予了新的时代气息，使学生走出实验室进行实验和科学探究成为现实，也是对传统实验方法的有力补充。如钱扬义教授的研究组让学生利用手持设备中的温度传感器探究相同体积不同类型的气体（如氧气、氮气、二氧化碳、甲烷和空气）分别在太阳光和红外灯照射下温度的变化，分析数据，总结规律，从而使学生更好地理解了“温室效应”这一科学概念，促进了其原有“前概念”向科学概念的转变。
2.2使化学实验过程更清晰，数据及后续处理更准确更简便
利用手持技术进行实验时仪器或电脑可自动收集实验数据，将其进行放大、储存、显示，并忠实地将实验过程用曲线、数据等形式记录下来，更好地诠释了变化的过程，且可使用语言、符号、曲线、数据四种方式表示，既方便直观，又可为进一步地研究提供依据。当与计算机相连时便可将实验变化过程同步展示，若利用微型摄像头还可将整个实验过程储存并回放，便于学生后续分析、处理，增加学生对科学探究活动的感受和体验，从而提高学生定量分析能力，与传统定量实验仪器相比优势明显。刘晓红等根据渗析原理运用手持实验技术记录胶体渗析实验过程水中离子浓度的变化，利用数据和图表说明生活中几种常见的半透膜：胶棉膜、鸡蛋壳、硫酸纸、保鲜膜对Fe（oH）3胶体的渗析性能，不仅使学生更直观地学习与实验，而且提高了学生利用科学手段分析和解决问题的能力。
2.3增强生活化学实验的技术含量
普通高中化学课程标准（实验）强调：使学生认识化学与人类生活的密切联系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感，参与意识和决策能力。将手持技术引入生活化学实验，既可满足学生对高科技实验手段的兴趣和好奇心，又可提高实验的技术含量、量化程度和实验质量，不仅激发了学生的创新潜能，促进学生的实验素养和思维能力的提高，还可帮助学生们理解宏观现象背后的微观本质。如邓育红利用手持pH传感器和电导率传感器带领学生对自来水、凉白开、纯净水、矿泉水、碳酸饮料、运动饮料和碱性饮料进行了探究，得到了直观的数据和表格，揭开了各种水神秘的面纱，也让学生学会运用科学实验终结生活流言。
2.4推进绿色环保实验进程
化学是一门以实验为基础的科学，学生在做实验时常常会给环境带来不同程度的污染，将手持技术与微型实验相结合，不仅可以节约试剂、保护环境、降低危险，更可使实验结果明显准确。如阿伏伽德罗常数的传统测定一般采用单分子油膜法，该方法从实验准备到实验操作都比较繁琐、可变因素较多，对实验前的准备和实验过程中的操作能力要求很高，且溶剂苯毒性大，对环境和实验者的身体都有一定程度的影响。蔡礼儒等以铜为电极电解稀硫酸，利用手持技术4min内简单、快速地测量阿伏伽德罗常数，满足了学生实验的要求，提高学生的学习兴趣，并且减少了测定过程中产生误差的因素，降低了实验的毒性和污染。
化学实验技术篇4
1利用信息技术辅助化学实验教学
教学过程中，利用信息技术创设情境引入新课、将化学实验进行模拟仿真、揭示宏观现象的微观本质、将实验进行信息处理和图象输出、将实验现象放大增强可见度、解决实验室无法解决的实验问题等，极大提高了化学课堂效率．下面用“原电池”一节的几个教学片断加以说明．
1）创设情境引入新课，激发学习兴趣．
如在“原电池的原理及其应用”教学中，首先通过ppt展示案例：有一位80岁的富翁到医院镶了金牙，牙根材质用了不锈钢，一段时间后富翁的这颗牙齿总是疼痛，他到医院询问医生，医生仔细检查后都没有查出原因，后来一位中学化学教师帮他分析，找到了牙疼的真正根源．究竟是什么原因导致了他的牙疼呢？学完这节课，大家就清楚了（创造情境，提出问题，引发思考）．通过学习及同学们的分析讨论，最后得出结论：原来是在口腔内形成了无数微小的原电池．通过ppt展示形象的卡通图片，如图1所示．这样的引入，激发了学生强烈的学习欲望．
2）用实物投影，增强演示实验可见度
①把锌片插入稀硫酸中，锌片上有气泡冒出；铜片插入稀硫酸中，无明显现象，实验装置如图2所示；②锌片和铜片上端连接插入稀硫酸中，铜片上也冒出气泡，实验装置如图3所示；③用导线串联铜片、电流计、锌片放入稀硫酸中，让学生观看电流计指针偏转方向，实验装置如图4所示．这样用实物投影将实验装置展现在大屏幕上，可增强实验的直观性，让教室内每个角落的学生都能看得清清楚楚，促使学生积极思考，学生很快得出铜片与锌片之间有电子转移的结论，弥补了传统演示实验中大多数学生无法看清实验现象的不足．
3）用信息技术模拟实验，探究构成原电池的条件．
探究1：在图5装置中加稀硫酸有何现象？能否构成原电池？探究2：在图6装置中加稀硫酸有何现象？能否构成原电池？探究3：在图7装置中加稀硫酸有何现象？能否构成原电池？
4）用课件帮助学生理解宏观现象的微观本质．
演示实验中，学生观察到的只是实验现象，学习过程中，需要透过实验现象分析本质原因．例如：讲原电池的工作原理时，哪个电极失去电子？哪些微粒得到电子？电子的运动方向如何？电解质溶液中的离子是怎样运动的？由于学生无法观察微观粒子的运动及变化，可通过制作原电池的课件对其工作原理进行直观呈现（如图8），改变了传统的教师口头讲解、学生凭空想象的教学方式，让学生直观、生动、形象地了解这些知识，在提高学生学习兴趣的同时，加深了对这些知识的理解．
2利用视频展示实验，浓缩实验过程
利用信息技术可以更好地展现实验过程中的微观变化；可以克服实验器材、时间等因素的制约，提高教学质量；可以模拟一些安全性不好或者较复杂的实验，提高实验教学的安全性和效率；可以使用数字化辅助仪器提高实验的准确度和成功率．有些化学实验涉及的反应过于剧烈或者过于缓慢，不适合教师在课堂上演示，因此，可以用播放视频来代替演示实验．如，氯水见光分解的实验等，我们在室外光照条件下录制视频，在教室播放，这样做大大缩短了实验所需要的时间，同时又能对真实场景准确再现，增强了实验分析的针对性．还有钢铁的吸氧腐蚀，可通过拍摄具体的钢铁吸氧腐蚀过程，然后通过视频快进、定格等手段，达到分析实验过程的目的．
3信息技术辅助化学实验教学的要求
化学实验技术篇5
化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的学科。化学学科有的概念、原理、物质的微观结构较为抽象，因此，传统的语言文字表述和传统常规的实验使学生较难理解。在高中化学教学中，如：不同聚集状态物质的结构与性质；电解质在水溶液中或熔融状态下产生自由移动的离子的过程；微观结构与物质的多样性；原子核外电子运动；微粒间作用力与物质性质；分子的空间构型；化学平衡和电离平衡；原电池反应原理等理论知识，我们可以借鉴计算机信息技术制作的课件，就能形象直观地展示分子、原子、离子等微观的特征和变化的过程，变抽象为直观。此外，工业采用接触法制作硫酸流程；工业制硝酸的流程；石油分馏产品；钢铁的冶炼，工业合成氨等内容，单一语言表达和挂图展示，学生的感知认识度不高，此时适当地运用多媒体技术，就能使学生有种身临其境的感觉，为传统教学创设了形象性的教学情境。
二、应用计算机信息技术补充传统实验方式，提高实验教学效果
在传统常规实验演示中，由于多种因素，有些实验的过程和现象不显著，从而直接影响了教学的效果。譬如，分子的扩散、气体的产生及固体的溶解等现象，学生观察效果并不明显。假如把这些实验的演示通过多媒体投影仪来展示，充分运用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能，来帮助学生观察，学生就能很清晰地看到颜色的变化、沉淀的析出和气体的产生等现象。再譬如，金属钠与水反应实验，由于反应过程较快，学生不易观察，同样可以采用多媒体投影仪来辅助此实验的演示，使整个反应过程清晰起来。另外，像钢铁腐蚀这种现象，需要很长的时间，我们也可以应用计算机信息技术制作课件，来演示这种腐蚀过程。这样不仅增强了实验的直观性，同时也活跃了课堂的教学气氛，提高了演示的效果，有助于学生观察能力的培养。
三、应用计算机信息技术辅助传统实验方式，增强实验的环保安全意识
化学实验技术篇6
关键词:演示试验艺术功能原则类型
一、引言
化学是一门以实验为基础的科学,具有很强的实验性。在化学教学中,许多概念、原理、规律的引入都是从实验展开并最终由实验加以论证的。可以说,化学实验也是化学教学的基础,是教师和学生学习化学知识、技能的重要的方法。演示实验,是教师通过实际的实验演示,引起学生观察、思维,从而认识物质的性质及变化规律的一种教学方法。精心设计合理布局的演示实验具有高度的艺术性,是化学教学艺术的重要组成部分。
二、演示实验艺术的功能
教师使用演示实验的技巧,可以起到很好的辅助教学的作用。艺术化的演示实验具有特殊的魅力,它容易激发学生的兴趣,提高教学效果;它还可以位学生提供鲜明、准确、生动的感性材料,帮助学生从宏观向微观过渡,使概念、原理容易理解,使知识形象化,便于记忆;它可以培养学生的观察能力、分析能力和推理能力;它可以帮助学生学习正确、规范化的操作技术和方法,并能受到良好的实验习惯的教育。
例如:根据日常生活的经历可知,酒精灯是用火柴点燃的。那么有没有不用火种就可以点燃酒精灯的方法呢?学生受到前科学概念的影响,往往认为没有其它方法。但用玻璃棒蘸取少量高锰酸钾和浓硫酸的混合物,往酒精灯的灯芯上一碰时,酒精灯立即被点燃了。鲜明的实验事实与学生原有的经验所形成的观念发生了矛盾,产生认识失调,于是心理上就出现不平衡的感受,形成心理紧张和压力。由于个体总是有使自己的知识、信念、态度与当前的问题保持一致性和一惯性的强烈欲望,因此在认识不平衡的情况下,就必然产生认知动机,并采取认知行为,使之趋于协调。
演示实验中,教师正确\规范的操作,有条不紊、镇静自若的演示,对学生形成正确的操作技能、方法、严谨的科学态度和一丝不苟的学习作风以及良好的心里品质等都具有潜移默化的影响。
演示实验中,晶莹剔透的玻璃器皿,和谐有序的仪器装置,色态万千、变化无穷的实验现象,以及蕴含于其中深邃而简明的规律,充分展示出化学实验动静交错、内外和谐的美。可使学生对化学实验美产生新奇、愉快和向往的审美感受,获得美的熏陶,培养审美的能力。
三、演示实验的艺术原则
要有明确的目的,并富有针对性
教师演示实验时,许多学生不知道往哪儿看,看什么,更不知道观察的目的,常常出现看“热闹”不看“门道”的现象。因此,教师选择的演示实验必须服务于教学目的,有利于突出重点,突破难点。通过演示实验,揭示概念、原理、规律。使重点、关键、难点知识形象化,使学生便于观察,容易理解记忆。
例如:白磷燃烧的实验。如果实验目的是为了说明质量守恒,那么反应前后物质质量总和是否相等的实验现象是观察的重点;如果试验目的是为了说明缓慢氧化,那么白磷慢慢燃烧起来就是观察重点;如果试验目的是为了说明空气的组成,那么水面上升至五分之一是观察的重点。这就要求学生既要观察到主要的现象,又要能迅速发现容易消失的现象,同时也要教师在演示实验时,应该使学生明确实验的目的及观察的对象。
操作鲜明直观,现象易于观察
1、演示实验的现象鲜明清晰,便于学生观察
为此,教师应选择那些在反应中有颜色变化、气体产生、沉淀生成、物质溶解、发光、发热、燃烧、爆炸等能给学生较强的感官刺激、鲜明的实验作为演示实验。
2、演示操作直观
教师的实验操作速度要快慢适中,使学生对每一个动作甚至动作细节都能看清。对于第一次接触的较复杂的操作要先示范分解的动作,然后再演示连续动作。这样容易使学生在头脑中形成完整的操作表象。
3、仪器装置的整洁、直观、协调
演示实验所用的仪器及其它用品都应该整洁。如玻璃器皿的内外壁不能有污痕;破旧的配件如胶皮管、角匙、镊子等不宜再用于演示实验。这样做的目的是,不但给学生以美的享受,更重要的是逐渐使学生形成一种观念:化学实验是一项严肃、认真、来不得半点“凑合”的工作。这对培养学生整洁习惯和一丝不苟的科学态度是有利的。
仪器的安装要求按观察顺序,从左到右、从下到上合理安装,突出主要的观察部分。仪器的大小、高低、长短要协调,布局合理,重心沉稳。暂不用的仪器、药品不要摆放到实验桌上,以免干扰学生的注意力。
引导和启发相结合
演示实验中,教师考虑问题的出发点不应该仅仅是“怎样讲”,更重要的应该是“如何导”,这样才能体现教师的“主导”和学生的“主体”关系,才符合现代教学论强调培养能力的观点。教师除了演示,还要把演示与讲授完美的结合起来。完整的实验教学过程一般包括:介绍主要仪器的名称、用途、使用方法及装置原理,引导学生观察现象,启发学生把各种感知转化为积极的思维活动,并通过分析综合,揭示出蕴含在现象后面的实质。
精心设计富有趣味
有些实验,只要教师略加设计,就变得饶有趣味,富有艺术感和美感。
例如:讲电解质概念的时候,教师用音乐卡代替小灯泡,接入导电性实验装置。当美妙的音乐响起来的时候,学生感觉到异常欣喜、惊奇,进而产生了了解“为什么溶液中会产生音乐”的强烈的欲望。
四、演示实验艺术的类型
演示实验的教学可分为两种类型,一种是探究型,一种是验证型
探究型
探究型教学的模式是按“问题-实验-原理-结论”的程序进行教学。以电解水为例,先提出问题:水是由什么组成的?然后进行实验,并加以分析,在弄清原理的基础上,经过归纳概括得出结论。探究型实验教学的过程,同科学研究过程在认知规律和逻辑思维上具有共同性。这种教学模式,无疑对发展学生的能力特别是思维能力以及培养学生的科学研究素质有重要作用。因此,演示实验的教学应该以探究型实验教学模式为主。
验证型
验证型的教学模式是按“问题-结论-原理-试验”的程序进行教学的。同样以电解水为例,先提出问题:水是由什么组成的?然后给出结论:水是由氢、氧两种元素组成的。再讲清原理,最后进行实验予以验证。验证型实验教学模式,主要用于实验原理以及装置、操作比较复杂的演示实验教学。例如:氢气和氧气的试验室制法。
化学实验技术篇7
关键词：楼宇自动化技术实验教学
“楼宇自动化技术”课程是建筑电气专业等相关学科的专业课程。“楼宇自动化技术”课程是一门综合性较强的课程。此课程综合了多学科的知识点，涵盖了计算机技术、通信技术、安防技术、消防技术、设备以及系统集成技术等多方面的技术。本课程属于多学科的交叉学科，是控制、暖通、给排水、计算机、通信等多学科综合体。随着社会的发展，对此专业的相关人才的需求量越来越大，需要学生要在懂得楼宇自动化技术相关理论知识的基础上，具有相关的实践能力。这就需要我们在学校理论知识的基础上，不断的提高实践的能力，这样才能使我们的学生顺应社会发展的需求。根据“楼宇自动化技术”课程教学特点，结合理论联系实际的教学方向，在此课程的教学中，笔者对于此课程的实验教学做了如下探讨。
1“楼宇自动化技术”课程实验教学存在的问题
由于楼宇自动化技术是多学科交叉性课程，根据学生的反馈信息与教师的教学经验，通过对建筑电气专业进行分析总结，得出关于楼宇自动化技术课程实验教学的几个特点：（1）由于楼宇自动化技术课程涵盖了多学科知识，实验设备也是多种多样。虽然现有的一些教学仪器厂家都先后生产了一些楼宇自动化技术的相关实验台，但是没有一个真正的综合性的实验平台供大家使用，无法进行综合性实验。（2）虽然建筑行业的发展较为迅速，但是与建筑专业息息相关的建筑电气专业却是近些年才开始发展起来的，因此熟悉本专业实践经验的专业人员较少。因此在实验教学上对于设计性实验的实施难度较大。（3）由于建筑电气专业发展较晚，专业相关人才较少，导致从事“楼宇自动化技术”课程讲授的教师多为相关专业出身的老师，并非本专业出身，因此对于此课程的实验在教学上有些“力不足”的特点。（4）由于实验台较大，实验台数量较少，因此同学们无法同时进行实验，这就导致同学们不能亲自完成实验，是同学们失去了实验的兴趣。由于这些问题的存在，导致学生在进行“楼宇自动化技术”实验的教学中，无法真正实现理论与实践的联系，对于学生走向工作岗位应用存在问题。
2“楼宇自动化技术”课程实验教学方法的改革
近些年来，随着不断的实践，在“楼宇自动化技术”课程的实验教学方法上进行了改革，更好的适应了社会对应用人才需求的现状。在提高实验教学质量的同时，学生的实践能力的培养，理论联系实际能力的培养，有了明显的效果。（1）在实验教学过程中，在进行实验任务分配的过程中，可以将实验任务分解成不同的小任务，不同的人做不同的小任务，下一位同学任务要在上一位同学的基础上完成，这样同学们就会根据实验要求完成实验，可以有效的避免由于实验台过少可出现的“搭车”现象。而将实验任务分解同时，学生可以充分利用实验时间在理论的基础上完成实验要求的题目。没有进行的实验的同学无法得出实验结果，并且无法进行实验数据的分析与处理。（2）在进行“楼宇自动化技术”课程的实验之前，教师可以有针对性的对实验系统进行硬件与软件系统的讲解与分析，并给出设计题目与相应的设计方法。例如，在进行防盗报警系统的设计性实验中，需要用到防盗报警系统的编程，那么在此之前学生需要了解系统的硬件连接方法及其编程的基本过程。因此需要教师在进行实验之前进行讲解与分析，然后在进行实验任务的分配，这样就能更好的进行理论与实践的联系。（3）可以使用模拟仿真平台。由于现有的实验台无法进行综合性实验，可以通过模拟仿真平台进行模拟，通过模拟仿真平台来模拟真实环境，进行多学科的交叉性实验，将安防系统、消防系统、空调系统等进行综合实验，这样可以让学生加深对楼宇自动化技术集成的理论知识的理解。通过仿真平台，可以较为直观的感受多学科的交叉性实验。从而弥补在实验台上无法完成综合性实验的遗憾。还可以在实验过程中，带领学生参观一些较为综合的、具有代表性的智能建筑，通过实验教师的讲解，是学生对楼宇自动化技术的实践课程有一个较为系统的认识，从而提高学生学习此课程的积极性，培养了学生对此课程实验的兴趣。
3结语
通过对楼宇自动化技术课程实验教学方法的改革与实践，提高此课程的实验教学质量，培养了学生理论联系实践的能力，使得学生对未来的工作奠定基础，更加适应社会发展的需求。
作者:张文静单位:沈阳工学院
参考文献：
化学实验技术篇8
关键词：信息技术物理实验教学
物理是一门以实验为基础的科学，它的概念与规律都是人们从生产、生活实践和实验中抽象、概括而积累下来的。因而学生在学习物理时，就必须简单地重复这个过程，通过实验，观察物理现象，进行分析、理解，从而由感性认识上升成为知识。由于种种条件限制，课堂的实验过程不可能和科学家的探究过程完全一样，总会存在各种缺陷，阻碍了学生的学习。信息技术刚好为克服这种缺点提供了帮助。信息技术在物理实验教学课程中的最基本应用就是给学生展示真实物理实验过程，让学生观察得更清楚、更细致，从而使学生更容易理解要学习的物理知识。信息技术作为呈现教学内容的重要工具，通过信息技术与物理实验整合，可以突破常规实验仪器的局限性，对那些难以观察到的、复杂的实验进行模拟和提供帮助，成为常规实验的必要补充，从而更加充分地发挥物理实验教学的优势，有助于学生更加直观地发现物理规律、更加容易地获得物理知识。
信息技术可以使不可能在课堂上演示的物理实验成为可能
物理中有些知识，它所涉及的实验在课堂上是不可能完成的。如果单凭教师的口说笔画，学生是很难理解的。这时就要用到信息技术，根据科学家、专业人员研究过程的影音录像的资料，对教学中所不能达到或不能完全体现的部分进行再现，使教学活动在很大程度上脱离物理空间、时间的限制。如在“内燃机”一节，学生往往对内燃机的四个冲程的知识理解不透，特别是做功冲程。教师又不可能在课堂上弄一汽油机来做实验给学生观察，即使教师真地做了，学生也观察不到汽油机工作时的内部情况。为解决这一难点，教师可以利用信息技术通过课件来逐一、有序地展示这四个过程，认识每一冲程的机器结构特点，特别是通过图像的颜色变化、范围变化，学生更容易理解做功冲程中的能量转换。
特别是在关于微观世界、宇宙空间的物理知识，运用信息技术制作课件，再现、概括、补充或模拟物理实验过程，可以实现物理实验中有危险而不能、也不现实去做的实验。如“开发新能源”一节中的核裂变、核聚变、核反应堆，只能借助信息技术通过课件对实验进行展示，加入声音、色彩、和与之形成对比的环境现象使之更加逼真，让学生犹如身临其境，感受到核能的巨大威力。这就使原子核方面的知识形象化了，学生更容易理解。
信息技术可以让瞬间的物理实验变为长久
在物理课堂的演示实验中，由于受到实验仪器本身的限制，有些实验现象往往很快消失或者不清晰，容易造成学生的观察不到位或者不清楚，难以形成鲜明丰富的表象。借助信息技术通过课件可以有效地解决这一问题，从而优化学生的学习过程。例如，在讲解“让信息飞起来”这一节内容时，学生虽然已会使用移动电话，但并不能理解它所包含的物理知识。由于电磁波的传播速度很大，信息的传递是在瞬间内完成，使用常规实验仪器（如：电磁波的发射、接收仪器）进行实验时，学生根本无法观察到信息传递的过程以及所发生的变化，因此有必要在上述的实验之后，又采用借助信息技术通过课件进行试验再现。通过课件中的实验来缓慢演示，将过程更清晰地展现在学生面前。学生就会觉得这一过程非常直观、生动，对知识的理解就更容易、更深刻。相同的实验还有“光纤”，教师可以在课堂上真实地完成实验，学生也能观察这实验的“皮毛”：到光从光纤的一端进去，从另一端出来，但观察不到实验的本质：光在光纤中不断反射传播过程，也就不能掌握到这一知识的实质。教师可以在这基础上应用信息技术展示课件：光在光纤中不断反射前进，学生就看得直观、学得容易，也为高中学习“全反射”知识打下基础。对于现象不易观察或用肉眼不能观察的实验，可通过信息技术通过课件进行实验再现、反复观察，它的最大优势在于可以反复进行，给学生提供更多的观察实验过程机会，从而促进对物理知识的学习。
信息技术可以化静态现象为动态
有些物理实验现象并不是稳定不变的，而是连续变化的，更难的是在实验过程中某些物理量的变化并不是朝一定方向。这就要求学生有丰富的想象力。为克服学生想象力的缺失，帮助学生在头脑中建立起动态的画面，教师在黑板上作出动态变化过程，但不够形象，又浪费时间。信息技术可以突破这种实验难点，把渐变的物理量动态地展现出来，防止学生因缺乏想象力而形成思维障碍。如在学习“发电机原理”时，对于线圈在磁场转动一周时两根导线运动方向和产生感应电流方向，学生都会混洧不清，难于理解。那么教师可以先进行真实实验，然后展示运用信息技术制作的课件，利用课件中表示方向的箭头的伸缩和旋转地连续变化，学生可以非常直观地观察到两个方向各自的变化规律，认识到交流电的产生过程。这种先实际实验后课件模拟的方法可以让学生既学的容易，又觉得可信。这样，学生在实验的感受性认识的基础上，运用过去学习的相关知识进行理性分析后，就会提炼出一个形象的、连续的鲜明的物理知识。
信息技术可以加快实验数据的处理
化学实验技术篇9
applicationresearchofvirtualrealitytechnologyinteachingofchemicalexperiments
ZhuYahui1，YanYaxing2
（1.mathematicsandComputerScience，XihuaUniversity，Chengdu，Sichuan610039，China；
2.ChongqingKeyLaboratoryofComputationalintelligence，ChongqingUniversityofpostsandtelecommunications）
abstract：theapplicationofvirtualexperimentspreadswidely.therelatedtechnologiessupportingitbecomehotspotintheresearch.thefuturedevelopmenttrendsofthevirtualchemistryexperimentsandvirtualrealitytechnologyareanalyzedinthispaper.thetheoreticalfoundationsofU-nity3Dtechniques，theenhancingrealitytechnologyandtheKinectsomatosensoryinteractivetechnologyarediscussed.applicationanddevelopmenttrendofvirtualchemistryexperimentsareintroduced.takethevirtualtechnologyfusionmethodasorientation，simulatingreal-timeenvironment，thevirtualexperimentsbecomesimplistic，intuitive.applicationprospectsofvirtualrealityconvergencetechnologyinthefieldofvirtualexperimenttechnologyhavebeenproved.thevirtualfusiontechnologyisconducivetopromotingthedevelopmentofintelligentvirtualchemistryexperiments，whichisanewstartingpointforreformofvirtualexperiments.
Keywords：virtualreality；Unity3D；Kinectsomatosensoryinteraction；actualsituationfusion；VRmL
0引言
近年来，随着虚拟实验逐渐引入校园，其实现/开发技术不断得到更新和完善，这给虚拟实验教学的应用带来了巨大的便利。虚拟现实技术以它的开放性、仿真性、经济性、可重复使用性、共享性等优点在更多的领域得到应用，对其研究的目的在于利用所有可能的信息技术进行虚拟现实技术的开发，提高虚拟的自然性和高效性[1]。目前人与计算机交互的方式只局限于鼠标和键盘，由于这种技术的单一性阻碍了虚拟现实技术的进一步发展，虚拟实验中输入输出效率之间差距变得越来越大。随着计算机科学技术的快速发展，更高层次的虚拟现实技术理念对虚拟实验提出了更多要求，越来越多的科研人员开始对新的虚拟现实技术的多通道界面展开研究，目前的研究内容主要集中在虚拟现实技术、增强现实技术、体感交互技术相结合的研究。
虚拟现实技术的出现为促进虚拟实验的发展具有重要意义，虚拟现实技术作为新一代的虚拟实验开发技术，可以依靠实时模拟使用者的动作、化学器材和药品的识别以及化学反应变化识别来实现虚拟输入功能。这一特性很好地填补了现有人机交互技术的缺陷，并且促使虚拟现实技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点，而体感交互技术也必将成为未来虚拟现实技术中发展的趋势。
同传统计算机技术相比而言，虚拟现实技术可以实现和多种技术相结合来控制终端，特别是未来的体感交互技术，用这种最自然的方式与终端进行交互的特点，贴近了虚拟实验对自然性的需求，虚拟现实技术对虚拟实验理念的实现起到了重要的推动作用。因此虚拟现实技术在虚拟实验领域中的应用对其今后的发展具有很大的必要性。目前虚拟现实技术存在着各种研究上的难点，如：没有完全对实验环境真实虚拟化，不能避免外界环境的干扰；还不能很好解决实验结果中存在的偏差和不能把握好实验操作的精准度；还不能提供较好的相互协作的学习方式，操作实验模式单一，多人操作实验时技术难度比较大等。
1概述
对虚拟现实技术在虚拟实验领域的研究目前主要体现在基于三维虚拟实验平台、VRmL中粒子系统化学实验、Flash3D技术游戏场景模拟等方面，其应用于增强现实技术化学反应特效制作及体感技术人机实验自然交互等很多领域[2]。
1.1虚拟化学实验研究现状分析
近年来，虚拟现实技术已成为计算机科学与其他技术科学领域中研究和开发的热点。随着此技术的发展，虚拟实验在教育教学中发挥了重大作用，它具有知识综合性、教学创新性、实验应用性的特点[3]，提高了学生分析解决问题的能力。
目前，利用虚拟现实技术开发的虚拟实验呈上升趋势，采用虚拟融合技术开发的虚拟实验逐渐增多。由于体感交互技术近三年来逐渐兴起，采用Kinect体感交互技术进行虚拟实验的研究极少。技术融合为虚拟现实技术在虚拟实验提供了高级的集成性和交互型，给人以愈发逼真的场景体验，特别在化学实验中得到了十分重要的应用。虚实融合与体感交互对虚拟实验的有效支持将成为目前及未来研究的热点。
1.1.1虚拟化学实验的特点[4]
虚拟现实技术越来越多地与增强现实技术、Unity3D技术、Kinect体感交互技术融合，对虚拟实验环境进行构建，实际应用中为实验教学开启了一种全新的教学模式，使虚拟实验具有了独特的特点。
⑴仿真性：虚拟化学实验是对真实实验环境的模拟，学生通过进行实验操作、技能训练和知识探究来学习真实世界的知识。
⑵强交互性：用体感交互技术与实验的交互会是完美的结合。
⑶开放性：是利用虚拟现实技术，实验内容打破了空间的局限，使学习者可以自由进入虚拟实验系统学习，交流和研究。
⑷节约成本，便于及时更新实验设备。
⑸多感知性。
⑹投入性：虚拟实验是真正的身临其境做实验。
⑺自主性。
1.1.2虚拟化学实验的类型[5]
近年来，由于Unity3D三维引擎技术、Flash3D、VRmL+Java、Kinect体感交互技术逐渐发展成熟，不断创造出具有特色的虚拟化学实验系统，随着虚拟现实技术的进步和发展可将虚拟化学实验分为三大类：
⑴基于平面简单动画仿真的虚拟化学实验平台；
⑵基于三维视觉效果的虚拟化学实验平台；
⑶基于三维交互设备的虚拟化学实验平台。
目前随着虚拟现实技术的融合与创新，直接影响着使用者对化学实验教学的喜爱程度。根据使用者参与虚拟实验形式的不同和沉浸程度的不同，把虚拟实验分为以下几种类型：
⑴桌面式虚拟化学实验；
⑵增强式虚拟化学实验；
⑶沉浸式虚拟化学实验。
1.2虚拟现实技术发展现状分析
虚拟现实技术与仿真技术的发展密不可分，从早期的60年代虚拟现实思想萌芽阶段开始，到80年代虚拟实验概念理论的形成，再到今天虚拟现实理论的完善和全面应用，都在不断提升仿真技术的水平。目前在虚拟现实技术领域的基础研究主要集中在感知、虚拟融合技术和体感交互技术；实时三维图形图像生成技术、多功能的交互技术，高分辨率的动态环境建模技术；实时、现实三维动画技术和场景情感识别技术；立体显示和传感技术；快速、高精度三维跟踪技术以及系统集成技术等。
虚拟现实技术的发展提供了一种研究和思考的工具，仿真现实世界，化学实验教学中实现了“从计算机为主体”到“人为主体”的转变，实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变，从而产生了许多解决问题的新方法，其研究主要涉及到三个领域：
⑴通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；
⑵建立对虚拟世界的观察界面；
⑶使用虚拟现实技术加强如虚拟实验领域的应用。
目前，虚拟现实技术的研究内容大体趋于其本身的研究和其应用的研究两大类。主要应用在现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化的研究。当前国际上，虚拟现实技术大多研究虚拟人机交互界面、虚拟现实系统的构造技术，着重于研究虚拟现实的应用。而需求自然方式的直接交互，要求更高的连续性，多维性，融合体感交互技术和增强实现技术将会提高三维对象交互的效率。
在未来虚拟现实技术研究追求遵循“低成本，高性能，多维技术融合”为主线，将会从动态环境建模技术方向、实时三维图形生成和现实技术方向、新型交互设备的研制方向、智能化的语言虚拟现实建模方向以及大型网络分布式虚拟现实的应用方向，这些将成为未来发展的趋势。
1.3增强现实技术发展现状分析
增强现实是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种技术，它通过显示技术，计算机图形，体感技术，计算机多媒体技术将虚拟信息叠加到现实环境或者现实物体上，产生三维信息以增强人对真实世界的感知。增强现实具有实时结合、实时交互、三维标定的特性，依托于显示技术和三维跟踪标定技术来实现。目前，实现增强现实的主流方式：增强现实关键的技术、虚拟物体生成技术、显示技术和跟踪注册技术，实现虚拟和真实对象的配准、排列[6]。
增强现实技术迅速发展的过程中，形成了跟踪定位技术、marker识别技术、图像识别技术、标定技术，以及界面可视化。增强现实技术逐渐提高虚实结合、实时交互、3D注册的技术水平，弥补了虚拟现实技术完全脱离现实而存在的缺陷。增强现实技术在计算空间、体感交互、感知人脑方面发挥着切实有用的应用，近年来增强现实的应用不断取得进展，在国内各大高校取得了一定进展，目前已经提出了基于视觉的增强现实跟踪注册方法、空间增强现实流水线和基于定位标记的视屏检测等研究，在虚拟化学实验教学中应用突出，但是还存在着技术上的不足，在未来增强现实技术在系统微型化和低能耗的研究方向上将成为趋势。
1.4VRmL技术发展现状分析
虚拟实验是仿真性、强交互型、开放性，便于及时更新实验设备等优点的结合体，我们确立采用虚拟现实建模语言VRmL（VirtualRealitymodelingLanguage）构造三维虚拟实验场景，实现虚拟仪器的三维建模和访问。基于VRmL的虚拟化学实验具有自由性、开放性、节约型，实验教学一体化、易于开设新型的实验项目和安全性等优点。
目前，对VRmL技术描述三维虚拟场景和设备，优化虚拟实验系统网络结构，以VRmL技术和目前广泛应用的Java相结合发展基于web的虚拟化学实验的网络构架，此设计流程如图1。用3DSmax图形化操作，建立了模型直观而便捷，可以结合体感设备，进行人机交互在web端虚拟实验。采用VRmL粒子系统插件在3DSmax中建立好模型，可以利用VRmL脚本编程接口或基于外部编程接口进行交互，通过传感器节点交互控制。这项技术在化学实验中得到完美的应用，场景模型和化学反应的模拟都是非常的生动逼真。
[建立实验室场景][仿真实验室仪器和药品][模拟反应现象][实现交互性][到internet][主要是VRmL建模，复杂
型可以借助3dsmax等建
模软件][VRmL中事件，路由，传感器，插补器，检测器等节点，粒子系统][Java程序，结合使用eai和Script节点]
图1VRmL+Java技术开发虚拟化学实验室的流程图
VRmL的出现是将来三维虚拟网络世界不可缺少的重要技术。VRmL是一种三维场景的描述性的虚拟现实建模语言，创造了易于网络传输的交互式三维空间，它通过描述物体、网络传输、本地计算机生成。它利用节点构建虚拟实验仪器和场景。
1.5体感交互技术发展现状分析
体感技术是利用肢体动作、手势、语音等现实生活中已有的知识和技能进行人机交互集多种技术于一体的体感设备，通过自然方式与终端交互[7]。它是随着虚拟现实、混合现实、增强现实等技术的发展，三维人机交互为重要的研究领域之后出现的。随着虚拟实验对教学和研究的支持力度不断加大，虚拟现实不断暴露出一些缺陷，如模拟实验环境的真实度不高，实验交互操作缺乏人性化等，造成虚拟实验难以达到高度沉浸和人性化实验交互的操作效果。在此背景下，虚拟融合环境下体感交虚拟实验凭借真实的实验环境与虚拟仪器相结合，采用体感交互操作方式使实验者直接用手与虚拟仪器接触交互，大大提高了虚拟实验的真实情景感和灵活的人机交互性[8]。
近年来，虚实融合与体感交互对虚拟实验有效支持。Kinect作为新一代的体感设备，抛弃传统的鼠标和键盘的操作方式，直接通过手势动作进行虚拟实验操作，可以有效地进行多人协作实验，很好地弥补了现有人机交互的缺陷，并且促使Kinect体感技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点。Kinect设备体感技术在化学实验教学领域的研究和程虚拟实验将会成为未来研究的重要方向。
2应用展望
在国内外虚拟现实技术不断同体感交互技术的融合环境下，虚拟实验得到了广泛的应用，特别在虚拟化学实验这一领域在不断深入研究，对国内外科学技术发展产生了非常重大的影响力。目前，随着Unity3D技术，体感技术结合日益紧密，逐渐形成了当今适时代计算技术发展的潮流，增强现实技术的出现为虚拟化学实验开辟了道路。虚拟实验的进步与发展，为学习者提供了一个自适应的获取知识和技能的实验学习环境。
我们相信虚拟现实技术必定会给化学实验教学领域带来崭新的面貌，随着时代的发展，尤其是在计算机技术和计算机图形学技术的进步，增强现实技术也会不断得到完善，体感技术融合的时代里，虚拟现实技术将会不断寻求能够促进化学实验教学质量更优化的新方法，来提升我们的学习能力，创造能力，推进我国教育事业的发展。
化学实验技术篇10
关键词：显微镜；微型化学实验；科学探究
文章编号：1005－6629(2008)05－0016－03中图分类号：G633.8文献标识码：C
“微型化学实验”英文翻译为“microscaleChemicalexperiments”。“microscale”一词意为极微小刻度或数值范围的，表明微型化是此类化学实验不同于普通化学实验的最大特点。我国中学所使用的微型化学实验仪器主要包括杭州师范学院、湛江师范学院等高校所开发出来的成套产品，也有在生活中、实验室里所寻找的替代品，但不论应用何种仪器所设计的微型化学实验，大多凭肉眼就能观察到实验现象。如果药品的用量减少到一两滴，或浓度降低到化学反应现象根本无法通过肉眼观察时，那么应该怎么办呢？国内外一些中学师生受到纳米科技和生物实验的启发，大胆地将显微镜应用于微型化学实验设计[1-3]。在显微技术的世界里，一滴溶液也可以呈现出包罗万象的神奇。这样创新的思路和独特的视角，非常值得实验研究推广。
1常用仪器设备
作为显微技术的核心器材，显微镜是将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究，大致分为光学显微镜和电子显微镜，最高级的光学显微镜的分辨本领的限度约200nm(放大2000倍)，然它的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制，仅在生物学和医学业务研究中使用较多，但对于一般化学实验现象的观察已足够。如果需要向班级学生演示，可采用显微镜、数码相机、数码摄影机、电子荧屏等设施，配合部分电脑零部件组装成显微聚光反射电子投影机，可将显微镜下观察到的实验现象放大，投影在电子荧屏上，只用极少的化学试剂，却能让全班同学都能观察到结果，
基于显微技术的微型化学实验仅以一两滴溶液为研究对象，达到了了微型实验“零废液污染”的目标，但用普通的微型化学实验仪器中的井穴板盛装观察很不方便；如果使用滤纸，纸纤维的毛细现象会破坏一滴溶液的表面张力而使其扩散开来，也不利于观察；传统方法一般以玻璃片为载液面，可以清洗反复使用，但厚度、透光度不令人满意，柔软度不够也容易碎裂。而投影胶片厚度、透光度、柔软度均比较适宜，在微型化学实验反应中适合作为平面型载液面；更因其质地细致，不易刮伤显微镜的物镜，所以适宜用高倍镜观察实验中所得的晶体。平面型载液面上参加反应的液体物质流动性较大不易稳定观察，所以需要凹槽型反应装置盛装。这种凹槽型载液面对沉淀反应的观察角度不利，却适用于产生气泡的反应观察，它将化学反应局限于一定的范围，使液体不至于流出观察区域，一般采用剖开塑料吸管或电脑接头套加工截取即可。
针对不同实验任务，还需要配备相应的常规仪器或者其替代品，比如做电解实验需要的大头针和铅笔芯电极、鳄鱼夹、导线等；为了滴加少量液体试剂，一般采用多用滴管或针筒；又由于药品用量极少，所以在半定量实验、定量实验中需要通过分析天平和电子天平精确称量反应物或产物固体的质量。
2显微技术适用的微型化学实验
显微技术用于微型化学实验，可以于细微之处见化学反应特色，一般适用于以下几类实验：
2.1观察化学反应的沉淀结晶
液相反应体系中产生的沉淀结晶，往往是化学实验中最关注的现象之一。在中学一般通过肉眼观察溶液中的浑浊程度，但由于体系浓度较小或其它颜色干扰，使得产物沉淀颗粒的形状和颜色的分辨较为困难。借助不同放大率的显微镜可以观察到少量沉淀的颗粒聚集程度、晶体形状，甚至通过控制温度、浓度、声波等变量来探讨影响沉淀结晶形态的因素。
例1、碳酸钠与氯化钙（溶液，各1滴）的沉淀反应中，微型实验中药品用量仅为传统型的0.16%，但借助显微镜仍然能清晰看到碳酸钙沉淀结晶，为微小的圆形颗粒状，排布密集但不互相重叠，粒子边缘呈现白色。通过控制不同浓度因素下的观察，发现两反应物均为0.4mol・L－1浓度时，反应沉淀疏密程度较适当，透视度佳，反应时间不会太快。
例2、碘化钾和硝酸铅（溶液，各2滴）反应产生的碘化铅沉淀
该反应现象明显，常用于沉淀溶解平衡部分的演示。由于该实验中所用硝酸铅有一定毒性，所以需要减少用量。使用微型化学实验仪器可以减少药品，降低污染，微型实验所用药品用量仅为传统实验的3%左右；通过显微技术，则可以将现象放大，不影响实验效果。
据文献报道，在显微镜不同放大倍数下可以观察到少量产物碘化铅沉淀的形态，发现10倍时沉淀结晶较为细致，貌似金粉，呈现亮晶晶的金黄色；40倍放大率时观察到pbi2细小颗粒聚集在一起，3~5分钟后结晶分散，透光度较佳，此时最为适宜观察沉淀；100倍放大率观察到沉淀形态与40倍时相似，但颗粒显得较大，影象比较模糊。
2.2化学反应速率的探究
影响化学反应速率的因素探究实验是化学新课程重要实践内容之一。有的化学反应速率较慢时，在短时间之内根本无法用肉眼感受到，此时，就需要放大镜和显微镜观察不同化学反应速率的细微区别[4]。
例1.显微化学实验观察化学反应速率与表面积的关系
在显微镜下用报废的光盘作为聚光反射之用，投影片上承载一小颗粒贝壳，滴加一滴盐酸反应。将显微镜的目镜接上电子荧屏，可以看到此时生成气泡的速率较慢，过了片刻可看见小贝壳体积明显变小；如果将一小颗贝壳在研钵中研磨成粉末，通过显微镜可以看到粉末的颗粒形态，再滴加一滴盐酸即可见大量小气泡逸出，小气泡逐渐聚集形成大气泡，在显微镜的放大作用下清晰可见。
例2.显微化学实验观察化学反应速率与催化剂的关系
mno2催化双氧水分解实验中，如果催化剂添加多了，会造成反应太过于剧烈，催化剂黑色颗粒散布在整个溶液中，干扰现象观察，在微型实验中，只需添加极微量的mno2，在无色溶液中可以看到少量气泡；再添加微量mno2，通过电子荧屏发现氧气气泡生成较快，并逐渐涨大。
2.3微型电解实验
很多电解质溶液的电解过程常伴随着电极上有沉淀或气体的析出，或者出现电极附近溶液变色、pH发生改变等现象。电解所用药品或者反应后的废液多有污染，应该采用微型化学实验尽量减少药品消耗和废液排放，而基于显微技术的化学实验只用一两滴电解质溶液，自然将污染的可能降低到最低。笔者曾经以活动铅笔芯作为电极，对一滴紫甘蓝汁进行电解，通过肉眼可清晰看见两极附近液体颜色变化，通过放大镜或显微镜可以观察到两极有大量细小气泡的产生[5]。
3反思与展望
由上可见，基于显微技术的微型化学实验不只是设计思路的新颖，其更多的意义体现在：
(1)消耗药品用量极少，产生废气废液也极少，将化学药品可能产生的危害降到最低，充分体现了绿色化学理念，对环境保护和减少实验室建设成本具有一定的积极意义；
(2)将显微镜应用于中学化学实验，其思路应该源自材料科学研究中常用的扫描电镜，不仅将细微难辨的实验现象加以放大、强化，使得化学反应中的奥秘更加直观、鲜明地呈现出来，更适用于固体表面结构分析以及沉淀结晶、气泡大小、溶液颜色改变等现象的观察，更易于从另一个角度揭示一些化学反应的规律；
(3)利用物理光学原理设计显微镜一直以来多用于生物学科，如今用于化学实验设计，正如众多基于物理原理研制的现代化分析仪器走入中学教材，充分展现了科学学科思维和技术的相互渗透,启发中学不同学科的教师在实验研究过程中应加强学科思维的沟通和技术的合作；
(4)显微技术应用的反应对象量少体微，极易受外界环境影响，也正是这个特点，研究者可以将电压、声波等物理因素考虑为变量进行控制，如变换电压看电极上的微小变化，变换声波看沉淀颗粒如何受影响等，大大拓展了实验探究应用领域，值得学习参考，至今为止，国内外将显微镜应用于化学实验的研究案例寥寥可数，而笔者希望通过这种创新实验技术的简单介绍，能让大家对显微技术在中学化学实验中的应用领域有所了解，借此推广开来，可以作为教师实验研究以及学生课外研究性学习中值得尝试的一种方法。中学化学课程体系中的有色物质在水中的溶解扩散、复分解反应、银镜反应、水解反应、原电池反应、晶体生长等都适宜作为显微技术的重要研究体系，尤其是化学实验中出现的异常颜色和不明沉淀值得应用显微镜作为工具进行尝试性探究。
参考文献：
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