应用虚拟仿真实验平台，探索开展实验教学新路
---介绍理学院疫情期间开设的化学类虚拟仿真实验课
督导员 呼汉卫
理学院为解决因受新冠疫情影响，学生不能返校，无法正常开展基础课实验问题，引用微瑞公司提供的虚拟实验平台开展了物理化学、有机化学、分析化学实验课的线上实验教学。
虚拟实验平台针对实验课程和常规课程教学的需要进行设计开发的，借助虚拟仿真实验室，可以直观，安全地执行虚拟仿真实验室通常无法完成的危险，不可逆，微观和抽象的实验操作，使学生能够真正地进行实验。根据教学大纲准备了虚拟模拟实验，加深了学生的实验记忆，提高了学习效果，学生课后可以在虚拟实验室随时练习操作，提高学生动手能力。在结构上，着重激发学生的学习兴趣，促使学生积极参与，促使学生个性化发展。
该虚拟实验平台软件系统设计了练习和考核两种模式。不同模式的开放和设定可由教师、管理员在管理平台上自由进行。练习模式下，每个实验及模块可以分别独立打开、操作。学生可借助步骤文字提示、语音提示，或软件自动演示，熟系实验目的、原理、所用仪器、实验步骤等。考核模式下，可以设定实验室安全操作或理论试题作为前置模块，之后可以给出目标任务完成操作，最终的考试成绩由试题回答、操作选择和实验报告综合给出。
理学院根据模拟实验平台特点和线上教学规律，组织相关课程组老师进行了细致研究，并依据教学大纲进行线上教学设计。本学期理学院共有16名老师使用该平台开设了《有机化学》《分析化学》《物理化学》实验课，有本科学生2600人次使用该平台进行线上虚拟实验。
下面以唐树戈老师开设的《物理化学》实验课为例，介绍一下使用虚拟实验平台＋腾讯会议模式的教学过程。该课共64学时，实验20学时，5个实验项目。授课对象是2018级应用化学专业58名学生
一、线上实验教学的前期准备
微瑞公司提供的虚拟实验平台包括演示过程和考核过程等内容。因此要根据平台特点、线上教学规律与教学大纲的要求制定周密的教学设计方案。授课教师和学生都到平台上申请个人账号，方便随时进入平台进行教学与学习。教师要掌握模拟实验平台的实验过程，找出与教材或实验指导中不同的地方，在授课时加以指导。授课教师还要准备授课ppt、为学生提供电子实验报告册等内容。
二、实验课实施过程
1.课前布置预习任务
以授课班为单位建立微信学习群，教师根据教学进度安排学生预习实验内容，提前一周在学习群中公布预习要点，学生可以自主学习。例如燃烧热测定，（1）样品什么时候要精确称量？（2）内桶中水量是否需要精确？（3）化学反应Qv和Qp的关系如何？（4）什么是仪器的热容？在自主学习过程中如果有问题可以通过平台讨论区和微信群随时向教师提问。
2.进行线上授课
（1）教师根据课前布置的教学任务， 通过腾讯会议直播的方式组织学生开展线上授课，讲解实验目的、实验原理、所用仪器等内容。
（2）进入虚拟仿真实验平台，给学生演示整个实验操作过程，讲解实验过程中的注意事项。使学生理解实验原理和方法、熟悉实验步骤流程。让学生快速理解实验过程，同时快速掌握实验软件的使用方法，避免由于操作上不熟悉引起的失误导致实验停滞或失败。
3.学生在平台进行实际操作
经过老师的讲解和演示，学生可以在虚拟实验平台进行实际操作，对实验会有一个更深刻的理解。完成实验后，学生需要根据实验报告的要求，对实验过程中采集的数据信息进行分析计算，然后以实验报告的形式提交给实验指导教师。实验指导教师收到实验报告后及时作出评判，告诉学生该次实验成功与否，实验需要改进与完善的地方等。
三、实施效果及教学反思
唐树戈老师课后对参加实验学习的学生进行了教学效果调查。本次调查共903人参加(一年级学生774人、二年级133人)，其中81.11%的学生在此之前没有使用过虚拟实验；在调查学生是否独立使用模拟实验平台完成实验的？有50%学生回答是自己做的虚拟实验，有50%的学生回答是看演示实验(可能是由于没有电脑的原因)；对平台提供的虚拟实验满意度，83.08%的学生是满意的，16.92%的学生因网络不畅表示不满意；在疫情过后学校实验室有无必要增加虚拟实验环节？有52.08%的学生认为有必要，有47.92%的学生认为没有必要；虚拟实验对培养动手操作能力是否是有帮助？有62.5%的学生认为有帮助，有37.5%的学生认为没有帮助；问及虚拟实验平台是喜欢电脑端还是手机端时，81.69%的学生喜欢使用电脑端，18.31%的学生喜欢手机端。
唐树戈老师认为：本次《物理化学》实验课，使用虚拟实验平台+腾讯会议的线上实验教学模式，基本达到了教学大纲要求的教学目标，并取得了较好的教学效果。虚拟实验平台的线上实验教学的应用，为今后提高基础课实验教学效果探索一种新的教学方式。同时，唐树戈老师认为虚拟仿真实验平台有以下优势。
1.虚拟仿真实验与传统实验结合，有利于提高学生实验成功效果
在传统的实验课教学开展前，可以通过虚拟实验中的各种模拟来对实验进行熟悉，掌握其中的关键步骤，这样就可以在真正做实验时清楚各个关键步骤，继而提高实验成功率，实验成功率的提升也会激发出学生的学习积极性。
2.虚拟仿真实验与传统实验结合，有利于提升学生实验操作能力
物理化学实验大多是借助于仪器设备进行操作的实验。学生在进入实验室做物理化学实验之前，对这些仪器设备大多并没接触过，仅仅通过书本的介绍，在预习时缺乏形象感，演示教学时，由于学生人数较多，实验仪器的视野范围相对较小，无法让每位学生都观看清楚。学生可以通过虚拟仿真教学软件的模拟实验来加深对实验仪器操作的理解和领会。实验仪器操作步骤细致、清晰，并且可以反复回放，加强了学生对实验仪器的基本操作能力，使学生获得深刻的印象，提高实验的成功率。
3.虚拟仿真实验可以应用到其他实验课中
利用虚拟仿真实验，避免了常规实验中因设备、原材料、实验条件等因素的限制，不能完成实验的问题。学校很多课程实验都可以通过虚拟仿真实验平台进行，满足实验教学要求。
