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摘要：高速发展的信息时代，为教育提供了极其良好的发展环境，促进了教育的革新与发展，同时也对教育提出了更高的要求，使教育面临着严峻的挑战。为了适应信息社会和信息时代的需求，应用现代教育技术构建新型教学模式是教育发展的必然趋势。本文讲述了虚拟实验室的概念及分析了其6个优势。
关键词：化学； 虚拟实验室； 优势
如今社会新的教育模式最显著的特点在于突破了时空的限制，教师和学生的交流可以不再需要面对面的过程，借助于各种现代教育技术的支持，在虚拟时空中完成教学活动。在这种虚拟教育模式下，学生可根据自己的实际情况确定学习内容和安排学习进度，还能进一步实现持续教育和终身教育。教师也可以从繁琐的传统教学中得以解脱，将更多的精力用于提高教学质量、教学效果等方面。同时，各种先进的教育资源也可以实现世界范围内的共享。
虚拟实验是利用计算机图形技术，应用虚拟模型来仿真实际实验过程以达到实验目的的应用系统。相对于实际实验来说，虚拟实验主要是对虚拟物的操作，实验过程中所涉及的工具和对象不是实物形态存在，而是虚拟出来的。在虚拟实验的基础上可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等。
英国牛津大学化学系于1996开始建立虚拟化学实验室网站，先后使用VRML、QuickTime VR、Real VR、Flash等技术进行虚拟化学实验室开发，曾于2002年6月荣获scientificamerican.com的年度Sci/Tech Web Awards奖项。图1所示为其中的“LiveChem”虚拟实验项目，主要使用Flash技术设计，用户可以任意选择两种化学反应物进行实验，反应过程主要以视频形式展示。
化学虚拟实验室还不能达到真实实验室的相似程度。但与真实实验相比虚拟实验具有以下优势：
（1）虚拟实验室不存在磨损、破坏，可反复使用。既满足了教学要求，又能提高办学效益，同时减少实验损耗。学生足不出户便可以做各种各样的实验，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。
（2）虚拟实验室省去了真实实验时的许多简单劳动，如实验器材准备等，让实验者可以集中精力研究实验对象本身的特性和规律。同时，虚拟实验室通过提供良好的在线帮助和学习功能，可帮助实验者迅速掌握实验研究内容和达到实验研究的具体目标和要求，从而提高了学习和研究效率。
（3）传统实验室受空间和时间的限制，部分教学内容无法以生动形象的形式向学生展示，利用虚拟现实技术，可以彻底打破这种时空的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以对这些物体的外部和内部进行观察。
例如学生可以进入化学分子的内部进行观察，分析各种分子结构的不同。虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。
（4）虚拟实验有利于避免真实实验操作所带来的各种危险。以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录像的方式来取代实验，学生无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术，可避免由于学生操作失误，而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。
（5）虚拟实验可以把抽象的概念理论直观化、形象化，方便学习者对抽象概念的理解。例如：化学实验中，有机物复杂的分子结构如果利用X3D场景进行虚拟演示，使学生可以从各个侧面和不同的角度观察，那么再复杂的分子结构理解起来也会轻轻松松了。
（6）虚拟实验有利于培养学生的探索精神和创新意识，利用虚拟实验可以对学习者学习过程中提出的各种假设模型进行虚拟，学习者可以直观地观察到这一假设所产生的结果和效果，并判断其在现实中的可行性。机械、工程和建筑设计的学习者可以将自己的设计作品进行虚拟，对结果进行验证和分析。这一方面会促进新的设计思想付诸实践，另一方面将会减少因设计错误所可能造成的经济损失，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。
虚拟现实技术的发展和应用大大拓宽了人类对现实世界，尤其是未知的现实世界的感觉和认识，必将引起人的感知和认识的一次飞跃；同时，虚拟现实技术在教育方面的应用，还能增强各个学科的课堂教学效果，扩大学科间的横向联系，推动计算机辅助教育的不断前进。
参考文献：
[1] 屈凌波，郑杰.虚拟现实技术在化学中的应用——虚拟化学实验室[J].河南科学.
[2] 刘红玲，杨凯.基于VRML的网络虚拟实验室建设[J].徐州工程学院学报，第20卷第5期，第101页.
[3] 周统武.远程仿真化学实验室的建设[J].广东化工，2005，(06).P64-65.
[4] 周统武.远程虚拟化学实验室的构建与应用[J] .教学仪器与实验，2005，(09).P44-45.
[5] 王宇飞.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].教学与管理，2005，(03)，P88-89.
编辑/高伟
关键词：化学； 虚拟实验室； 优势
如今社会新的教育模式最显著的特点在于突破了时空的限制，教师和学生的交流可以不再需要面对面的过程，借助于各种现代教育技术的支持，在虚拟时空中完成教学活动。在这种虚拟教育模式下，学生可根据自己的实际情况确定学习内容和安排学习进度，还能进一步实现持续教育和终身教育。教师也可以从繁琐的传统教学中得以解脱，将更多的精力用于提高教学质量、教学效果等方面。同时，各种先进的教育资源也可以实现世界范围内的共享。
虚拟实验是利用计算机图形技术，应用虚拟模型来仿真实际实验过程以达到实验目的的应用系统。相对于实际实验来说，虚拟实验主要是对虚拟物的操作，实验过程中所涉及的工具和对象不是实物形态存在，而是虚拟出来的。在虚拟实验的基础上可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等。
英国牛津大学化学系于1996开始建立虚拟化学实验室网站，先后使用VRML、QuickTime VR、Real VR、Flash等技术进行虚拟化学实验室开发，曾于2002年6月荣获scientificamerican.com的年度Sci/Tech Web Awards奖项。图1所示为其中的“LiveChem”虚拟实验项目，主要使用Flash技术设计，用户可以任意选择两种化学反应物进行实验，反应过程主要以视频形式展示。
化学虚拟实验室还不能达到真实实验室的相似程度。但与真实实验相比虚拟实验具有以下优势：
（1）虚拟实验室不存在磨损、破坏，可反复使用。既满足了教学要求，又能提高办学效益，同时减少实验损耗。学生足不出户便可以做各种各样的实验，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。
（2）虚拟实验室省去了真实实验时的许多简单劳动，如实验器材准备等，让实验者可以集中精力研究实验对象本身的特性和规律。同时，虚拟实验室通过提供良好的在线帮助和学习功能，可帮助实验者迅速掌握实验研究内容和达到实验研究的具体目标和要求，从而提高了学习和研究效率。
（3）传统实验室受空间和时间的限制，部分教学内容无法以生动形象的形式向学生展示，利用虚拟现实技术，可以彻底打破这种时空的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以对这些物体的外部和内部进行观察。
例如学生可以进入化学分子的内部进行观察，分析各种分子结构的不同。虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。
（4）虚拟实验有利于避免真实实验操作所带来的各种危险。以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录像的方式来取代实验，学生无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术，可避免由于学生操作失误，而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。
（5）虚拟实验可以把抽象的概念理论直观化、形象化，方便学习者对抽象概念的理解。例如：化学实验中，有机物复杂的分子结构如果利用X3D场景进行虚拟演示，使学生可以从各个侧面和不同的角度观察，那么再复杂的分子结构理解起来也会轻轻松松了。
（6）虚拟实验有利于培养学生的探索精神和创新意识，利用虚拟实验可以对学习者学习过程中提出的各种假设模型进行虚拟，学习者可以直观地观察到这一假设所产生的结果和效果，并判断其在现实中的可行性。机械、工程和建筑设计的学习者可以将自己的设计作品进行虚拟，对结果进行验证和分析。这一方面会促进新的设计思想付诸实践，另一方面将会减少因设计错误所可能造成的经济损失，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。
虚拟现实技术的发展和应用大大拓宽了人类对现实世界，尤其是未知的现实世界的感觉和认识，必将引起人的感知和认识的一次飞跃；同时，虚拟现实技术在教育方面的应用，还能增强各个学科的课堂教学效果，扩大学科间的横向联系，推动计算机辅助教育的不断前进。
参考文献：
[1] 屈凌波，郑杰.虚拟现实技术在化学中的应用——虚拟化学实验室[J].河南科学.
[2] 刘红玲，杨凯.基于VRML的网络虚拟实验室建设[J].徐州工程学院学报，第20卷第5期，第101页.
[3] 周统武.远程仿真化学实验室的建设[J].广东化工，2005，(06).P64-65.
[4] 周统武.远程虚拟化学实验室的构建与应用[J] .教学仪器与实验，2005，(09).P44-45.
[5] 王宇飞.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].教学与管理，2005，(03)，P88-89.
编辑/高伟