虚拟实验室介绍

随着计算机软、硬件技术的发展，计算机模拟化学实验辅助教学的应用日益广泛。它形象、生动、直观、经济、安全、无污染，成为了绿色化学实验改革的新热点。模拟实验软件发展迅速，有的已高度智能化而具备了教学实用价值，有的已经商品化。但是模拟化学实验室建设受到理念、场地、资金、人才的影响发展滞后。

模拟化学实验的核心技术是软件，计算机是实验技术的载体，模拟化学实验室不是传统的化学实验室，而是化学计算机实验室。模拟化学实验室是指利用计算机技术对化学实验过程进行模拟，能部分代替传统化学实验室功能的综合性设施，同时它还具有传统化学实验室未具有的许多优点,是传统化学实验室功能的有效补充和发展。

我校计算机模拟化学实验室2001年9月建成使用。经过三年多的探索和实践，实验室的软、硬件设施得到不断地改进，功能日趋完善，在教学中发挥了重要的作用。2004年获广东省教学成果二等奖。

1.模拟化学室的建设依据

有许多化学实验由于装置复杂、药品稀贵、操作技术要求高、危险性大、反应速率过慢等原因无法开出，在一定程度上影响了实验教学的完整性。模拟化学实验室将为开发此类实

验教学提供一个有效的途径。

化学实验室仪器设备台数不足，更新慢，一直是困扰着大学化学实验教学的重要问题。如我校仪器分析化学实验室的气相色谱、液相色谱、原子吸收、红外光谱蛋白核酸分析仪等仪器台套数均为1～2台。仪器分析课选修的本科生不断地增加，每年多达200人，仪器的数量要满足教学需要，投资是巨大的。因此，我们建立了计算机模拟化学实验室，采用大连理工大学开发的仪器分析模拟操作软件。每一台微机可以为学生提供了多套仪器的模拟操作训练平台。若建立30台微机的模拟化学实验室设备总投资约20万元，仅相当一台气相色谱仪的投资，而可为30人同时提供模拟操作训练平台。因此，建立模拟化学实验室是缓解实验仪器投入不足，强化了操作技能训练，减少仪器药品消耗的经济、有效的方法。

由此可见，建设计算机模拟化学实验室有利于化学实验的绿色化改革；有利于培养学生综合实验能力；有利于提高化学实验室建设的投资效益。

2.模拟化学实验室的基本功能

大学计算机模拟化学实验室可以具备“四大基本功能”。即辅助教学功能、支持自主学习功能、高效的信息处理功能和网络教学功能。

辅助教学是模拟化学实验室最基本的功能。模拟实验作为一种现代化的教学手段，具有形象直观、生动便捷、经济省时等多种优点。模拟化学实验室可以拓展传统实验教学的领域，将信息技术融入化学实验教学，对传统的教育思想和教学方法无疑是一场革命。辅助教学功能发挥，需要符合实验教学规律和大学生认识行为的课件的支持，引进和开发高质量的模拟软件是实现辅助教学功能的关键。

计算机是强大的信息处理工具，因此以计算机为主体的模拟化学实验室可以充分发挥信息处理功能，如声像、图形、文字、动画、网络信息的分析、综合、切分、编排等。利用计算机还可以进行快速的化学计算，可以将生动的实验过程抽象化，也可以将抽象的计算具体化为可视听的实验过程。运用计算机可以记录和监控实验过程，并且把实验过程作为信息源，用以分析操作者的思维及操作特点，对实验操作过程进行测试、评价。与网络对接时，可以输入和输出信息，用于实验室的共享和信息资源的补充。

自主学习是指学生不需教师介入的独立学习。计算机通过设计友好的对话窗口，可使学生根据自己的需要和水平选择不同的学习内容或不同的学习层次，从而使学生能真正自主地控制学习进程，并在学习过程中，给不同水平的学生以不同的帮助。模拟实验自主学习系统按照一定的教学模式对教学过程进行模拟，自动跟踪模拟实验的进展，对操作信息进行分析和矫正。如实验仪器的使用提示、实验危险的警告、实验结果反馈和评价等。辅助教学也可以自主学习的形式实现，如教师讲解实验步骤和仪器操作后，即可布置自主学习，让学生用模拟实验室进行操作，巩固所学。功能较强的自主学习系统能够发挥互动性，增加学习的趣味性和灵活性。

模拟化学实验室与互联网对接可以成为网络化学实验室。学生可以不受时间和地点的限制完成模拟化学实验、上传实验报告、与教师交流等。还可以实现跨单位、跨地区乃至全国范围教学协作。特别是建设高水平的大型计算机模拟化学实验室，优势的教学资源可以得到共享。

3.模拟化学实验室的系统设置

(1) 硬件系统

模拟化学实验室应当设计成独立的计算机区域网系统。服务器尽可能配置高性能微处理器和大容量存储器，配置共享打印机、扫描仪、刻录机、投影仪等外部设备。服务器要与校园网相连接。客户机为配置完整PC机（配备耳机等），既可共享服务器和互联网的资源又能单机运行软件。

(2)软件系统

模拟化学实验室软件系统的设置还在探讨中[3]。目前我校模拟化学实验室的软件系统主要由操作系统和教学软件包组成。服务器选用Windows Server2000操作系统，客户机选用Windows xp操作系统。模拟实验室的教学软件包由工作平台和教学软件组成。通过工作平台来调用以下五个子系统。(1)基础实验：包含常用玻璃仪器、常用仪器设备、采集和处理样品、配制溶液、物理常数测定、离子和官能团测定、物质含量的测定等七个部分；(2)实验设计――Mode Chemlab 2.0。(3)仪器分析实验：包含气、液相色谱、原子吸收等多各模拟操作软件；(4)化学软件：包含Chemoffice 2000，ChemDraw 5.0，Origin 6.0等；(5)化学信息资源：提供了多个化学资源库和链接相关的化学网站。工作平台自主开发，内容要根据教学需要和发展不断更新完善。

4.模拟化学实验室的使用效果

我校计算机模拟化学实验室建成使用三年多来，承担了仪器分析实验和基础化学实验课的模拟操作、数据处理、实验设计、实验预习、信息检索、实验操作考查等多项教学工作，每学期约有600－800名本科生在模拟化学实验室完成8－12学时的学习。实践表明：建设计算机模拟化学实验室具有显著的教学效果、经济效益和环境效益。