仿真化學(xué)實驗室能省去真實實驗環(huán)境中許多簡單的勞動。例如:溶液的配置,實驗儀器的準(zhǔn)備,實驗裝置的搭建。如果對 實驗內(nèi)容設(shè)計為教學(xué)軟件,可以在不同時間、不同場合中對實 驗進行多次模擬訓(xùn)練。對于那些課堂上無法演示的實驗,同樣可以借助于仿真實驗室達(dá)到良好的教學(xué)效果。例如:次氯酸見光分解實驗,在真實環(huán)境中分解速度慢,很難觀察到氣泡產(chǎn)生和氯水顏色變化,而在虛擬環(huán)境中可以調(diào)節(jié)分解速度,顏色變化,這樣既可以讓 學(xué)生節(jié)省實驗時間,集中精力研究實驗現(xiàn)象本身的特性與規(guī) 律,又可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課堂的教學(xué)效果。
綠色化學(xué)實驗思想指在化學(xué)實驗設(shè)計與操作過程中應(yīng)盡可能符合“綠色化學(xué)”的思想。它要求在設(shè)計上優(yōu)化實驗方案, 操作上嚴(yán)格控制藥品用量,循環(huán)使用實驗試劑與產(chǎn)物,從根本 上消除污染,防止污染對環(huán)境的破環(huán)。
在真實實驗過程中,往往因為操作錯誤,導(dǎo)致實驗完全失敗,結(jié)果需要重 新配置標(biāo)準(zhǔn)液,重新滴定,而在仿真實驗中只要點擊重新開始 鍵,這就是對試劑產(chǎn)物的循環(huán)利用,實現(xiàn)了綠色化學(xué)思想中的 3R 原則(減量化、再利用、再循環(huán))。
仿真化學(xué)實驗室正是綠色化學(xué)理念在化學(xué)教學(xué)中的具體體現(xiàn)。例如酚酞指示劑用量嚴(yán)格控制到0.001mol,盡可能減少 試劑用量,節(jié)約實驗藥品,達(dá)到試劑微量化要求。未知液、標(biāo) 準(zhǔn)液能精確控制在25ml 以下,既節(jié)約了試劑,又達(dá)到了實驗?zāi)康?,凈化了實驗環(huán)境,達(dá)到了試劑定量化要求。
化學(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段,化學(xué)實驗室更是 師生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要場所。故師生在研究學(xué)習(xí)化學(xué)過程中不可 避免地接觸一些有毒的化學(xué)藥品,有危險的實驗操作。例如: 氯氣的制取,濃硫酸的稀釋。這些實驗對師生身體健康的影響不可忽視。研究調(diào)查表明:大多數(shù)老師不愿做化學(xué)實驗的原因 也在于此。而仿真化學(xué)實驗室可以為學(xué)生提供虛擬的實驗環(huán)境,讓學(xué)生感到錯誤操作帶來的危害性,這樣也能給學(xué)生留下深刻的 印象,引起對安全規(guī)范操作的重視,減少有毒藥品的泄漏,降 低化學(xué)事故的發(fā)生概率。
例如:滴定過程中突變范圍的出現(xiàn)。使用 仿真實驗平臺不僅開闊了學(xué)生眼界,改變實驗結(jié)果處理方案、手段,而且簡化了數(shù)據(jù)處理過程,使實驗結(jié)果更具說服了,教 學(xué)效果更顯著。化學(xué)仿真化學(xué)實驗室能夠用相應(yīng)的編程軟件來代替人眼讀取數(shù)據(jù),手工記錄數(shù)據(jù),人腦統(tǒng)計、分析、處理數(shù)據(jù),更使學(xué)生擺 脫了繁瑣的計算過程。例如:在CEM 文件中 實踐也證明:大部分學(xué)生能夠充分相信,完全接受實驗 中數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果。
在操作設(shè)計與應(yīng)用中,可能是自己的制作技術(shù)不到位,也有可能是仿真化學(xué)實驗室自身有一定缺陷,感覺有幾個地方不夠完 善,顯的尤為遺憾。
(1)學(xué)生在仿真實驗平臺操作過程中,難免會心浮氣躁,在標(biāo)準(zhǔn)液滴加到終點時一下子滴加過量,沒有觀察到顏色 與PH 值的變化過程,如果在平臺中有“退一步”操作鍵,那必將成為實驗一大亮點,使教學(xué)更完美,效果更顯著!
(2)在中和滴定操作過程中,要求眼睛注視錐形瓶,右 手滴加標(biāo)準(zhǔn)液左手旋搖錐形瓶,但實驗平臺中沒有手搖動作設(shè)
(3)酸堿滴定管本身就是精確的溶液量取儀器,在數(shù)據(jù)處理過程中,滴定管要求精確讀數(shù)到0.01ml,可在確定讀數(shù) 時只能到小數(shù)點后一位。例如:滴加標(biāo)準(zhǔn)液18.25ml,但讀數(shù) 只能顯示18.3ml,顯然會增大最終誤差,這是任何一位化學(xué)工作者所不愿發(fā)生的。雖然誤差不可避免,但應(yīng)當(dāng)要求在可能 的情況下把誤差減為最小。
(4)以鹽酸滴定氫氧化鈉,酚酞作指示劑為例,滴定到終點時,實驗現(xiàn)象為恰好出現(xiàn)無色且半分鐘內(nèi)不恢復(fù)到粉紅色。實驗操作平臺這一過程與現(xiàn)實滴定相互比較略有欠缺,平臺中不能顯示終點前滴加一滴標(biāo)準(zhǔn)液時,由粉紅色變?yōu)闊o色, 震蕩又變?yōu)榉奂t色,再滴加一滴,溶液再由粉紅色變?yōu)闊o色, 半分鐘后不再恢復(fù)為粉紅色這一關(guān)鍵現(xiàn)象變化。
仿真化學(xué)實驗室作為一種新的教學(xué)工具,具有再現(xiàn)功能 和模擬真實情景功能。正是由于其虛擬性,才使其具備了真實 實驗中所沒有的特殊優(yōu)勢。它可以把因儀器短缺,藥品有毒,操作危險等因素而受限制的實驗進行模擬再現(xiàn),也可以節(jié)約時 間、空間、資金,改善實驗條件,改進教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生思 想,開闊學(xué)生眼界,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。雖然仿真化學(xué)實驗室還不 能完全取代實驗教學(xué),但事實證明:只要運用恰當(dāng)方法將虛擬 實驗與真實實驗有機結(jié)合起來,必定成為提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的 新方案。