Flash技术下中学化学虚拟实验室设计

　　1、 引言

　　长期以来，中学化学实验课程中的实验演示受到教学区域、实验技术、教学手段等因素的限制，传统演示实验教学出现了许多弊端，效果并不理想。虚拟实验是以计算机技术应用为核心，结合虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形图像技术等生成的逼真的实验情境，在该情境中用户使用相关设备对虚拟的仪器和装置进行操作，完成实验。

　　具体效果体现在以下几个方面：（1） 数字化演示实验教学并不是要否定或代替传统的实验教学，而是丰富普通化学演示实验教学的表现形式，使学生的精力能更集中于对实验背后隐藏的科学规律的探究；（2） 培养学生严谨的科学思维能力和创新精神以及理论联系实际、分析和解决实际问题的能力；（3）数字化演示实验教学资源可循环使用，不存在实验器材的消耗问题，节省了使用维护成本；（4）解决课程中的部分演示实验受到教学区域、实验技术、教学手段等因素的限制。

　　2、 中学化学虚拟实验室设计

　　2.1 Flash 技术

　　Flash 是功能非常强大，集向量绘图、多媒体动画合成、多媒体编译等功能合一身的多媒体制作软件。化学实验原理是进行化学实验的基础理论，也是正确认识和解释化学实验现象的重要依据，但在一般情况下，化学实验原理都是化学教师通过讲解结合图示给学生加以说明，虽然能达到一定的效果，但学生不会产生直观印象，理解起来还是比较困难，更不利于学生记忆。如果利用 Flash 技术，就能将实验原理以动画的形式展示给学生，这些问题就迎刃而解。

　　2.2虚拟化学实验设计框架

　　虚拟实验室可以避免传统实验教学的缺陷，在软件开发上我选择了Flash。虚拟化学实验框架上大致可以概括为以下几个步骤：（1） 确定实验名称；（2）了解实验目的；（3） 掌握实验原理；（4） 观看实验播放；（5）实验器材及化学药品的选择；（6）实验设计；（7）实验报告及总结。

　　2.3 器材元件设计

　　器材元件是虚拟化学实验平台基础，所以实验器材设计的好坏直接影响实验的效果每个实验器材的用法是不同的，因此，在实验器材设计的同时要注重器材的区分。

　　（1） 酒精灯是化学科目中一个很重要的器材，也是我们很多实验常用的一个元件，因此他在整个化学试验中扮演一个很重要的角色。酒精灯在化学实验中不仅仅只是器材图片的能够简单呈现，为例体现实验的逼真效果，我们为酒精灯设计了动态效果。当我们点燃和熄灭酒精灯时，他的状态和呈现是不一样的。

　　因此，我们也要根据酒精等器材所处的位置而有所不同。要实现不同火焰的状态，我们就要设计两张图片的转换。

　　（2）烧杯是为了装实验液体而设置的。在设计烧杯的时候，为烧杯定义了自己的属性。如：倾倒液体、烧杯中的液体加热冒泡、设置液体的体积和温度等等。要让烧杯冒泡的情况大致有两种，一种是加热烧杯中的液体达到液体的沸点时，烧杯的液体沸腾冒泡。另外一种是实验中的导管插入装有液体的烧杯中可以观察烧杯中液体冒泡。

　　（3） 分液漏斗是化学中一个很重要的实验器材，很多化学实验的观察需要分液漏斗滴定呈现。分液漏斗除了一般漏斗所具有的属性之外，还设计了打开、点滴、和关闭分液漏斗的功能。当用户打开分页漏斗开关时液体就会流出来，且漏斗中的液体也会渐渐的减少。

　　因此如何控制液体的变化使我们研究的重点。

　　2.4交互界面设计

　　化学虚拟实验软件平台采用Web设计，便于操作者远程登录进行虚拟实验，主界面如图1所示。实验的基本操作过程是：

　　（1）实验的选择：确定所要进行的实验，单击实验名称，在右侧会出现实验目的、实验原理等信息。

　　（2）实验信息：单击右侧出现的实验目的、原理等信息，了解本次试验的信息。

　　（3）实验器材：选择此次实验所选择的器材，拖放到自由区域中进行设计实验。我们也设计了器材删除的按钮，可以改选实验器材。

　　（4）实验设计：将所选的实验器材放在正确的位置，设计实验。

　　（5）播放实验：播放实验是提前设计的正确的实验流程，若学生不能自主设计实验，可以观看实验演示。

　　3、 虚拟实验平台实现的实例

　　3.1白磷红磷着火点的比较

　　白磷和红磷都是磷元素形成的单质，他们是同素异形体。白磷是一种蜡状的固体，有剧毒，不溶于水，但能溶于二硫化碳，着火点是40 度。红磷是红棕色粉末状的固体，没有毒，不溶于水，也不溶于二硫化碳，着火点是240 度。由于着火点相差甚大，着火点比较如图2 所示。

　　3.2氢气还原氧化铜

　　实验时,通入氢气，气球膨胀，表明装置的气密性良好，可以实验。点燃酒精灯，氧化铜慢慢还原成红色的铜，会有水产生，当气球继续膨胀时，表明氧化铜已经被还原完。如图3所示。

　　4、 结束语

　　本文利用Flash 技术搭建了中学化学虚拟实验平台，在实验平台的交互性上做了探索性研究。伴随着信息技术的进步，虚拟实验室将广泛应用于化学实验教学过程中。

　　参考文献：
　　［1］陈治宇. 虚拟现实技术在实验教学中的应用［J］. 甘肃联合大学学报: 自然科学版, 2013, 27(2): 103-106.
　　［2］赵红喜. 虚拟实验在中学化学实验教学中的应用研究［D］.河南大学, 2013.
　　［3］赵冬利. 基于 flash 技术的 NMR 虚拟实验室的构建［D］. 大连理工大学, 2013.
　　［4］邱秀伟, 刘闯. 使用 Flash 绘制和管理化学仪器图形的几种技巧［J］. 化学教学, 2013 (5): 78-80.