[有机化学实验仿真平台的搭建――资源利用最大化] 有机化学仿真实验

　　 [摘要] 有机化学是实验性很强的一门重要基础课程,传统实验教学模式存在着诸多弊病,为了改进教学效果,增强学生对有机实验的兴趣,提高资源利用率,我们开发了这套仿真实验平台,将实验过程制作成形象、逼真的操作软件,学生可以在仿真实验平台上学习和操作,提高了学习效率,同时利用网络为远程教育的学生提供更宽的学习平台,充分利用现有资源,使教学向深度和广度拓展。
　　[关键词] 仿真实验 有机化学 有机化学实验
　　
　　有机化学是化学专业的一门重要的基础课程,同时也是一门原理性、概念性、结构性、实验性较强的学科。实验教学是有机化学教学中不可缺少的一部分,而在传统实验教学中,学生对预习不够重视,只是在课前简单的看一遍教材,抄写一份预习报告,这样的预习效果甚微,因此导致了学生在实验过程中的盲目性和对实验课程的不重视。为了弥补这种缺陷,使学生对有机实验产生强烈的兴趣,我们开发了这套仿真实验平台,将实验过程设计成形象、直观的操作软件,让学生在计算机上模拟实验操作,使学生对实验过程有了形象具体的认识,激发了学生的学习兴趣,同时加强了预习的效果。对于远程教育的学生,可以在网上看到实验的整个过程,也可以模拟实验操作。这样不仅可以提高学生学习的兴趣和有机化学教学的效率,充分调动教与学两方面的积极性,而且能适应网络教育的要求,充分利用现有资源,使教学向深度和广度拓展。
　　1 搭建仿真平台的必要性
　　有机化学实验是化院学生的必修课,也是将来学习专业课和培养学生科研能力的一个平台。有机化学实验注重于培养学生的基本操作能力,自主动手能力,并且与其他专业实验有着良好的衔接性,对学生实验技能的培养非常重要。
　　有机化学实验开设的内容从基本操作,基本合成到综合试验覆盖面很广,能有效地培养学生的实验技能和理论知识的运用能力。
　　应用先进的多媒体技术制作仿真实验平台,既让学生有更多的途径学习巩固知识,同时还可以保证学生的健康不受损害,实现有机化学实验的绿色化。
　　一直以来学生对有机实验课的预习和复习都是通过课本上的文字叙述来学习的,内容单调呆板,学生理解起来有困难。而仿真实验平台的搭建可以提高学生预习的效率和实验的成功率,使学生能更好地学习掌握有机实验的操作要点。同时,仿真实验平台的建立还可以为远程教育的学生提供动手操作的机会,使资源的利用最大化。
　　2 仿真实验平台的搭建模式
　　仿真实验平台主要以有机化学实验为基本内容,利用Photoshop、Flash、3DMax等计算机软件制作了仿真仪器库、典型有机化学实验动画、有机化学实验互动平台,并在此基础上制作了有机实验视频网站,完成了主要包括以下几个部分:仿真实验平台的搭建,为有机实验的教学提供了一个崭新的窗口。
　　2.1仿真实验仪器库的制作
　　为了搭建仿真实验平台,我们首先要准备的就是实验仪器,这与实际操作的步骤一致。仪器库主要包括有机实验常用的仪器:表面皿、布氏漏斗、滴液漏斗、分馏柱、分水器、分液漏斗、接引管、酒精灯、克氏蒸馏头、普通漏斗、球形冷凝管、三口烧瓶、烧杯、索氏提取器、提勒管、铁架台、温度计、温度计套管、吸虑瓶、圆底烧瓶、真空接引管、蒸馏头、蒸馏弯管、直形冷凝管、锥形瓶等。其中所有玻璃仪器均处理成透明材质,与真实的仪器效果接近。例如,下图中的一些玻璃仪器:
　　图中所做的玻璃仪器视觉效果与真实的玻璃仪器非常接近,这也是制作仿真实验平台的第一步,为后面的平台搭建打下了坚实的基础。
　　2.2典型有机化学实验的动画制作
　　在完成仪器库制作的基础上,根据有机实验教材和教学大纲,选择制作了典型的有机实验动画。
　　(1)基本操作实验:《玻璃工制作》,《普通蒸馏和沸点测定》,《重结晶和熔点测定》,《水蒸汽蒸馏》,《减压蒸馏》,《薄层色谱》等,基本覆盖了有机实验常用的一些基本操作,每个实验动画既可单独作为一个完整的实验内容,又有针对性地训练了1～2项基本操作;
　　(2)基本合成实验:《溴乙烷的合成》、《环己烯的合成》、《正丁醚的合成》,《乙酸乙酯的制备》等,这些合成实验既复习强化了基本操作中的一些操作过程,又通过实验过程现象再现引入了一些新的操作理念,例如,分液漏斗的使用,搅拌装置的安装,分水器的使用和回流操作等;
　　(3)综合性实验:《对硝基苯胺的合成》、《肉桂酸的合成》《乙酰乙酸乙酯的合成》,《三苯甲醇的合成》,《对甲基苯乙酮的合成》和《从茶叶中抽提咖啡因》等,这部分综合性实验操作比较复杂,涉及的装置和步骤比较多,可以让学生对各种仪器的安装和操作要点更加熟练,对有机实验的操作认识更加系统化。实验动画的制作包括仪器安装,药品添加和实验现象等,与实际的实验过程一致。例如肉桂酸的合成截图效果如下:
　　实验动画完全模仿真实的实验过程,实验现象中颜色变化等也以实际操作过程为准,整个动画实验过程具有和实际实验非常相似的的细节性,很好的体现了实际操作的在线性。
　　2.3有机化学实验互动平台的搭建
　　前面我们做好的动画都是一次性播放的,学生只能观看,不能参与,为了让学生也能参与实验,实现真正的互动,我们进一步制作了实验互动平台,让学生充分参与到实验中来,真正体验实验的原理和操作过程,加深印象,减少实际操作中的失误。下面以肉桂酸的合成为例展示下效果截图:
　　互动平台在实验动画的基础上增加了实验原理、注意事项,实验仪器的自组装过程(附带评判),课后思考题等,使实验过程更加完整,更加接近课堂效果,具有很强的仿真性。
　　2.4仿真实验网络平台的搭建
　　在完成互动平台后,学生反映效果不错,为了更好地服务学生,让更多的人能利用这个仿真实验平台,我们建立了有机实验视频网站,主页内容包括:课程简介,视频平台,交流论坛,资料平台,实验教程五个部分。下面是网站的部分截图:
　　课程简介中介绍了有机实验课程的性质和安排,以及任课教师的介绍,可以使学生对有机实验课程有个初步了解;视频平台中包括实验动画演示和自己操作两部分,让学生可以先看演示,然后自己动手操作,可用于课前预习和课后复习,加深印象,提高学习效率,也可让外专业学生选择学习,增加知识面;交流论坛设置了师生交流信息栏,增加了师生对话的途径;资料平台中列出了一些化学期刊,有机溶剂的常用参数,有机化学常用软件等,使网站更具有学习性和参考价值;实验教程中还展示了部分学生的实验报告,从各个方面全方位为学生提供服务,使有限的资源为更多的人使用。
　　3 结论
　　我们搭建的有机化学仿真实验平台,经过测试是一个完整的、成型课堂教学、学生自学演练的工具。它的特点与达到的效果是:
　　(1)表现形式生动真实,形象直观。老师在上课时可以不必携带易碎而又沉重的仪器就可以给学生展示近似真实的仪器。
　　(2)3D动画对实验过程的模拟可以让学生在1~2min时间内了解并掌握几个学时的实验内容,从而可以在提高教学效率的同时提高学生的预习效率。
　　(3)通过生动直观的模拟操作,充分调动学生的视觉功能,从而对有机化学实验产生浓厚的兴趣,并使相关的有机化学理论知识得到更深刻的理解和记忆,提高学生学习的主动性。
　　(4)实现了互动平台,课堂演示还是学生自己动手操作,都将是一个良好的工具。尤其典型实验安装环节,更能为学生在计算机上模拟实验操作很有好处。
　　
　　参考文献:
　　[1]钱诗靖.化学实验的计算机辅助教学[J].淮海工学院东港学院(教育论坛),2004,9(2):88-89.
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