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摘要：有机化学是药学专业的专业基础课，有机化学实验教学是其中重要的组成部分。通过实验教学有助于学生对理论知识的理解和掌握，促进其运用，实现培养目标。我们探讨了在有机化学实验教学中，通过虚拟仿真技术，实现实验场景模拟和再现的教学模式，希望以此技术来提高有机化学实验教学质量。现场实验教学和虚拟实验教学相互补充，不仅丰富了教学内容，还大大提高了效率。
关键词：有机化学；虚拟仿真；实验教学
本文引用格式：张京玉,等.虚拟仿真技术在有机化学实验教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(44):125-127.
虚拟仿真技术是在当今数据迅速膨胀的“互联网+”时代背景下产生的一种新兴教育辅助技术，其在实践性较强的课程实验教学中的应用日渐普遍，涉及到多个学科和专业，国内外众多高校、科研院所都在积极建设虚拟仿真实验平台。截止目前，我校已获批两个国家级虚拟仿真实验课程。本教研中心的有机化学实验课程也在积极地尝试着采用虚拟仿真技术进行部分实验教学内容的改革。
一 有机化学实验传统教学方式的现状
众所周知，有机化学是一门以实验为基础的学科，实验教学是其中非常重要的一个环节。当前，众多院校有机化学实验教学多采用传统模式，即：课前预习—课堂讲解及演示—学生模仿—撰写实验报告。这种模式存在着诸多弊端：①在这种模式下，难以保证每个环节都有人监督，所以学生的预习的效果难以保证；课堂上教师讲解实验细节时，由于仪器数量、时间和空间的限制，学生只是被动地接收信息，不能深入思考和探索，只是“照葫芦画瓢”，按照预先设定好的程序进行实验操作。实验结束后，学生对实验结果的处理和分析只是在理论层次，实验报告没有特色，内容大多雷同。②在这种教学模式下，由于同时参与实验的人数较多，教师无法实现对每一实验小组的全程指导，再加上场地有限、设备陈旧等现实条件的限制，大多数同学不能做到自主学习，因此，这种传统实验教学模式极大程度地扼杀了学生探索实验奥妙的积极性，非常不利于激发和培养学生的创新意识和创新能力。③有机化学实验教学过程中涉及的实验方法中需要用到大量的化工原料、辅料及标准品，而且实验内容连贯性较强，实验过程中任何一个环节出现错误都会导致整个实验的失败。所以在实验教学过程中肯定会产生大量不格的失败产品，这些化学废弃物不能当作普通垃圾直接丢弃，这些产品不但对实验室的安全构成威胁而且对环境保护也造成极大压力。我们只能采用集中收集，专门销毁的方式处理，导致大量教学资源的浪费。④实验过程中，有的大型实验设备要使用到高温高压、高温等环境，这些操作都对实验室构成消防安全隐患和对实验人员的人身安全构成极大的威胁。
实验教学中引入虚拟仿真技术可以教学过程更加形象、生动、完整，学习过程多样化。虚拟仿真技术与传统教学模式相结合，有助于学生对知识消化和运用，有助于提高学生的能动性，有助于增加学生学习动力，有助于培养学生自主创新能力、合作能力。就教育成本而言，虚拟仿真实验没有消耗化学试剂，没有使用实验设备，没有产生危化产品，整个教学过程不但节约了大量经费，也减少了对环境的污染，还可以放心地让学生去“操作”各种危险条件下的实验。
二有机化学虚拟实验课程体系设置探索
我们根据我校的实验教学大纲和药学专业的特点拟定虚拟实验课程体系设置方案。采纳多层次课程内容，重视综合性实验和设计性实验。中医药院校的有机化学实验课程体系包括三个大的模块。本方案拟将虚拟仿真实验系统和原实验计划配套整合成三部分：第一部分是化学基础知识；第二部分是化学实验基本技能；第三部分是综合性、设计性实验；其中重点是综合设计性实验，该部分内容将包括有机化学实验课程涉及到的所有内容，以研究性实验为主，模拟真实科学研究的理念设计。实验设计将从合成、分离提取、检测、鉴定等技能操作，到实验方案设计、实施、报告撰写、结论总结等方面进行训练。按照上述设想，我们根据实验的难易程度将实验分为三类：基础性实验、验证性实验、综合性实验。
①基础性实验主要包含两部分内容：基础实验一：基本知识，如安全常识、仪器使用方法、化学试剂分类等。基础实验二：基本操作技能，如蒸馏、分离、纯化、干燥，结晶以及有机化合物参数测定等，目的是训练药学专业的本科生所必须要求掌握的化学实验基本技能、鉴定鉴别物质的方法、分离、纯化、分析有机化合物的方法。
②验证性实验主要以合成为主，穿插之前学习过的各种分离，纯化、分析手段。通过这种类型的学习，一方面学生可以合成路线设计方面得到锻炼，同时学生还能够将在上一阶段学习的基本技能、基本操作和实验数据处理策略应用于实战中。另外对所得的产品进行分离纯化、定性分析，结构确证等也是验证性实验的一部分工作。通过验证性实验可以督促学生对前期所学理论、实验基础知识、实验操作技能和技巧进行强化，也可以避免简单重复；最终学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。
③综合性实验。该模块的实验内容主要来自课程任课教师的科研课题，引导学生积极参与教师的科学研究，学生根据自己的兴趣自由教师的实验课题。教材中给出预期实验目的和结果要求，学生按照科学研究的一般思路进行文献调阅，设计筛选实验方案，与指导教师讨论确定最终路线，然后以小组为单位独立开展实验。实验过程中发现问题尽量自行解决。这种模式从根本上将实验交给学生，鼓励他们自己去设计方案、独立自主地思考、寻找解决问题的办法，从真正意义上培养学生的创新能力。
三有机化学虚拟实验课程体系实践案例—甲基橙的制备
由于在甲基橙的合成过程中药接触到亚硝酸钠(NaNO₂)这种剧毒试剂，亚硝酸钠暴露于空气中易被氧气氧化，若再预热就会分解生成氧气、氧化氮和氧化钠。若接触到有机物则容易燃烧爆炸。而且亚硝酸钠有毒，有致癌性。因此在实验课堂中使用将会存在潜在的安全风险。
虚拟仿真实验课堂不需要学生真正接触到化学药品，完全可以避免有毒试剂对学的危害和对环境的污染。通过设计虚拟仿真实验的流程，可以让学生通过平台操作界面即可观看和体验到整个实验过程。各部分的具体功能如下：
学生首先通过扫描二维码，验证身份后进入虚拟仿真实验室。然后按照指引向导进行模拟实验。
[实验目的]（在平台中点击相关按钮查看）
①掌握重氮化反应和偶合反应的实验操作。
②复习巩固盐析和重结晶的原理和操作。
[实验原理]（在软件中点击相关按钮查看）
甲基橙是由对氨基苯磺酸在亚硝酸盐催化下得到重氮盐，然后再与N，N-二甲基苯胺的酸盐，在弱酸性介质中偶合得到。
[仪器与试剂]
利用虚拟仿真实验室，同学们可以查看到实验所需仪器与试剂，还可以直观地了解各种仪器的构造和使用方法；所用到的试剂均放在虚拟试剂架上，学生要首先通过超级链接获取各种所需试剂的理化性质，熟悉使用的注意事项。
仪器：烧杯，烧瓶，量筒，磁力搅拌器，抽滤瓶，水泵，布氏漏斗，滤纸，酒精灯，电热套等。试剂：对氨基苯磺酸，NaNO2，N、N-二甲基苯胺，冰醋酸，浓HCl，0.1 mol·L-1 HCl，5%NaOH，0.1 mol·L-1 NaOH，饱和NaCl水溶液等。
[实验步骤]选择实验开始按钮，本实验所能用到的仪器和试剂便会呈现于虚拟实验台上面，学生可通过点击鼠标拖拽来选取仪器，试剂。学生在实验操作过程中需要按照预习或教材中制定的实验步骤进行，如果有错误操作，软件会自动给予相应的扣分。实验结束后，软件会根据学生在实验过程中的表现给以综合点评。
①在烧瓶中依次加入10mL 5%NaOH溶液、2.1g对氨基苯磺酸。
②将烧瓶降温到0~5℃，然后加入0.8g NaNO2固体。
③将3mL浓HCl和10mL水配成溶液，在5℃以下搅拌，将此溶液滴加到上述混合物中。（用淀粉—碘化钾试纸检验NaNO2是否足量）。
④将1.2g N,N-二甲基苯胺和1mL醋酸配成溶液。搅拌下将此溶液加到上述冷的重氮盐溶液中。
⑤搅拌约10分钟后，慢慢加入5%NaOH溶液，使反应体系变为橙色。
⑥在60℃水浴上加热体系5分钟，冷却、抽滤，依次用少量水、乙醇和乙醚洗涤结晶，然后干燥。
⑦重结晶上述产品。称重，计算收率。
[实验报告]
选择相关的实验报告空白模板，根据上述实验过程填写实验报告，将写好的实验报告提交。教师在实验截止时间后对学生的学习情况进行考核评价。
四 虚拟仿真技术下，有机化学实验考核方式的重新构建
针对“虚实结合”的新型实验教学模式，原来的实验课程的考核模式已经不再适用了，必须根据有机化学实验课程体系重建考核方法、加大对综合实验能力的考核。有机化学实验课的特点，将理论和实验充分融合，侧重考察学生的综合实验的设计能力。在考核项目上，重点考核实验记录的真实性、实验报告的完整性、实验操作的规范性、实验理论运用的合理性。采用预习成绩（10%）、实验操作（30%）、实验设计（30%）、实验报告（30%）的模式。采用这种考核方式，可以充分反映出学生的学习态度、对理论知识的熟悉程度、运用操作技能的规范程度，同时也体现了有机化学实验教学注重培养学生动手能力和创新能力的宗旨。
五 结束语
虚拟仿真技术是对传统实验教学的丰富和补充。它形象生动，最大限度地激发学生的求知欲望。学生利用虚拟仿真实验资源进行训练，不但有利于习得和掌握有关基础知识，还能够培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。尽管将虚拟仿真技术应用到有机化学实验教学中有很多优点，但同时也存在一些问题。比如虚拟仿真技术可以检验预习情况，模拟苛刻条件的实验，但绝不能完全替代实际操作。虚拟毕竟是“纸上谈兵”，无法培养学生动手能力，无法模拟真实实验中的突发现象和处理手段。因此，我们应在有机化学实验教学中应采用“虚实结合”的教学模式。优化传统教学模式，同时充分发挥虚拟仿真技术的优势，解决当前药学类专业有机化学实验教学过程中的尴尬现状。
参考文献
[1]教育部.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[Z].高教高司函〔2013〕94号文件，2013．
[2]苏成福，刘雅敏，李玉贤，等．创建中药学类虚拟仿真实验教学中心的思考和建设思路[J].中国中医药现代远程教育，2016，14(17):1-3．
[3]何秋伶,徐涛,盛清,等．王森基于虚拟实验平台的天然药物化学教学模式探讨[J].教育教学论坛,2019,3:273-276.
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