【正文】  【摘 要】 在疫情封控的条件下很多学校开始进行线上教学。初中化学是以实验为基础的学科，线上教学最大的瓶颈问题就是实验教学。虚拟实验在解决初中化学线上教学中实验问题起到积极作用。
　　【关键词】 初中化学教学；线上教学；虚拟实验

　　一、问题的提出
　　新冠疫情在全球蔓延，中国政府提出人民至上，生命至上，对发生疫情的地区采取动态清零政策。发生疫情的地区，大多学校将教学转为线上教学。三年来国内线上教学平台得到很大发展，从当初的线上教学经常出现卡顿、掉线到现在基本能流畅完成教学。我国5G技术的运用，中国进入高速的互联网时代，这也为线上教学提供了有力的保障。初中化学是一门以实验为基础的学科，线上教学不同于文科类的教学，线上教学很难进行演示实验和学生分组实验，这成为化学线上教学质量难以提升的瓶颈问题。
　　二、目前普遍解决的方法
　　为了解决初中化学线上教学无法开展实验教学的难题，很多教师在进行各种尝试。笔者对当地二十余所学校的初中化学线上教学进行了调查，大多教师解决实验教学问题主要有三种方式。第一种方式是利用课件进行演示，将实验仪器组装、实验现象、结论以图片形式呈现给学生，这种方式比较简易，但没有动态效果，比较枯燥，对学生吸引力弱，教学效果不理想。第二种方式是采用视频播放代替实验，视频能动态演示整个实验操作及实验现象，教学效果有所提升。但视频是固定模式，缺乏灵活性，大多视频只是展示成功的实验效果和正确的实验操作，一般没有错误操作出现的后果的演示。第三种方式是动画展示，通过动画展示实验操作过程、实验原理以及实验操作注意事项，很多动画制作趣味性强，寓教于乐。这三种方式用来解决实验问题都有很大的缺憾，主要问题是灵活性差，不能按教师的教学思路去更改操作流程、操作方式等，缺乏实验的真实体验感。
　　三、虚拟实验在初中化学线上教学的运用
　　虚拟实验以仿真的形式通过软件模拟实验室进行化学实验探究。笔者通过尝试在初中化学线上教学中运用虚拟实验，取得了较好的教学效果。
　　1.虚拟实验能很好模拟初中化学的基本实验。
　　目前国内比较成熟的虚拟实验室软件，仪器装置、实验现象都非常逼真，教学资源也比较丰富，可以完成初中的化学的模拟演示实验。笔者试用了某款虚拟实验室软件，初高中所需的仪器、药品以及实验需要的辅助用品都非常齐全，能比较真实地呈现常规实验的现象。如利用高锰酸钾制取氧气的实验，提供了火柴，小木条，棉花，所需仪器也都基本都有，制取过程中的现象也较为逼真。和真实的实验室比较，虚拟实验室不仅提供了必需的虚拟的仪器药品，而且部分仪器还能现场定制，如导管可以改变弯曲角度，可以自由改变导管长度，这更能满足不同环境下对仪器的需求。在操作上比真实的实验室操作更简易，更智能化，如连接仪器时软件会智能分析操作者用意，快速进行连接组装，因此运用这样的虚拟实验室软件，能节约组装仪器的时间，提高实验的效率。
　　2.虚拟实验灵活性强，可以按教师的设计思路进行模拟实验。
　　运用虚拟实验开展线上教学，比任何视频、动画的教学更加突出的优点就是灵活性强，能按照不同教师的不同意图组装出不同的装置。可以进行创新的实验演示，可以同时对多组实验进行对比实验。如用两支试管，加入相同的过氧化氢，一支试管加入适量二氧化锰，对比催化剂在化学反应中的作用，效果非常直观。目前化学、物理、生物、科学等学科的线上教学，运用虚拟实验解决实验教学问题是其他方式难以替代的。
　　3.虚拟实验现象逼真生动，能呈现接近真实的现象。
　　国内虚拟实验软件发展到今天，在模拟实验现象方面已经有很大的改观，很多现象非常逼真，可能部分虚拟实验呈现的现象比真实的实验的效果还好。真实实验中可能环境不同，药品纯度不同等诸多因素影响，实验效果可能并不理想。而虚拟实验没有这方面的影响，能按预期的效果呈现给学生。
　　4.虚拟实验能非常安全地模拟错误操作产生的后果。
　　化学的有些错误操作会导致仪器损坏，甚至有爆炸危险，因此教师大多口头进行叙述，不给学生演示，学生可能对一些错误操作没有引起足够重视，这给学生进入实验室带来一些隐患问题。而虚拟实验可以毫无危险的情况下进行错误操作演示，让学生更加真切看到错误操作带来的后果，对培养学生养成良好的实验操作习惯起到很大作用。
　　四、目前虚拟实验存在问题
　　1.虚拟实验不能呈现所有的实验现象，部分软件呈现的实验现象还比较生硬。
　　虚拟实验无法模拟物质的气味，以及无法模拟放热现象，使部分实验的效果不如真实实验，如硫的燃烧，不能呈现有刺鼻气味的现象，又如氢氧化钠溶解过程放热的现象也比较难直观呈现出来。目前国内的虚拟实验软件虽然能把大多的实验现象以动画形式呈现出来，但是动画还是比较生硬，缺乏真实感，如火焰、白烟等遇到障碍物没有产生形变。原因可能是这些软件模拟的现象还是以简单动图的形式进行展示，部分实验现象可能运用了一些高端的算法使更具有真实感，但这方面需要的技术比较高，在虚拟实验软件中运用得比较少。
　　2.无法与线上教学平台很好融合，无法进行师生互动。
　　目前各学校普遍运用的线上教学平台仅为数不多的几家，并且绝大多数不是专业做教学的，这类平台功能上还只能保证最基本的线上教学需要。虚拟实验软件的开发商可能和教学一线联系比较紧密，能很好的仿真各类实验。但是虚拟实验软件和线上教学平台各自为政，互相不能很好融合。虚拟实验也就基本只能成为教师演示的工具，而学生仅是一个观众，不充当参与者。
　　3.学生缺少动手实践机会。
　　目前国内有一些手机端的虚拟实验APP，通过测试主要形式是任务驱动型，就是将实验操作过程切分成多个动画，学生必须按约定程序点击相应的仪器或药品，才能播放相应的动画，直到一步一步完成整个模拟实验。这样APP可以作为学生课后自主练习用，但是无法满足学生分组实验教学的需要。学生分组实验需要实现教师全程监督和指导。教师可以看到任何一个学生的操作，学生也可以互相观看对方的实验操作，并可以进行分组讨论，这才能更好的起到分组实验教学的作用。但目前还没有一款软件能满足线上教学的学生分组实验的需求。
　　五、对未来线上教学中虚拟实验发展的设想
　　1.打造专业化的线上教学平台，使线上教学平台更适合中国的教育。
　　在国内疫情的影响下，各学校对线上教学需求出现历史性的增长。能最短时间提供线上教学平台的就几家IT巨头，这些企业对线上教学平台投入了一定的资金和人力，研发的产品能基本满足线上教学需求。但是毕竟这些IT企业不是专门做教育的，对教育需求的没有深入研究，况且这些平台几乎是免费提供线上教学平台服务。笔者认为企业为学校提供线上教学，完全可以适当进行收费，企业有利润了会更大刺激企业把更多的人力物力投入到线上教学的研发上来。即使这类企业原本不做教育行业，也会很快地熟悉教育行业，开发出更加符合教育需要的软件。各移动通讯商也可以充分利用5G网络，提供给师生更优惠的定向流量包，为解决线上教学提供有力保障，这也拉动了移动通讯行业的发展。国家也可以对从事线上教学平台运营的企业进行政策优惠，财政补贴等措施大力支持企业的发展。线上教学平台若能真正为教育而生，功能上更加符合教学的需求，虚拟实验就有可能完美与线上教学平台融合，化学的线上教学效果就会大大提升。
　　2.通过计算机算法优化实验现象，给学生最真实的体验。
　　虚拟实验中运用动图、动画呈现的实验现象实现起来比较容易，开发技术要求低，但真实感不强。如果能把一些游戏的画面渲染技术、视觉效果运用到虚拟实验中，能提升虚拟实验的体验。有些实验现象如气味、温度可以通过一些动画等营造一种氛围，刺激学生感观，从而让学生间接体验到这些难以展示的现象。
　　3.通过技术融合，实现师生互动的虚拟实验。
　　虚拟实验与线上教学平台深度融合，就有望实现线上教学中进行师生互动开展虚拟实验，教师可以演示实验，学生也可以通过远程进行操作。通过实现虚拟实验的教学互动，更增强了学生对实验的体验感。
　　4.强化学生端功能，实现学生分组实验。
　　虚拟实验若能实现学生分组实验，那么化学的线上教学效果就可能接近线下教学，从而最大程度的解决线上教学中实验教学的瓶颈问题。学生分组进行虚拟实验最佳模式是可以实现师生互动，生生互动，教师可以查看任何一个学生的虚拟操作过程，学生之间也可以互相欣赏他人的实验操作和实验成果。
　　总之，虚拟实验是解决初中化学线上教学中关于实验教学瓶颈问题最有效的方式。在化学线上教学中尽可能运用虚拟实验来增强学生的体验感，提高教学效果。