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高中化学虚拟实验室提升学生科学探究能力的策略研究

摘要：为探讨高中化学虚拟实验室提升学生科学探究能力的策略，文章首先介绍了高中化学虚拟实验室的基本内涵，指出了其在模拟实验环境、提供安全互动学习、节约资源等方面的优势。其次，分析了虚拟实验在化学教学中的应用优势，包括节约资源、提高安全性和培养自主学习能力。再次指出了虚拟实验中存在的学习曲线、缺乏真实感等制约因素。最后提出了借助小组合作、结合实地实验和虚拟实验以及激发学生自主探究能力等途径，以提升学生的科学探究能力，旨在为教学实践提供有益的参考和指导。

关键词：高中化学;虚拟实验;科学实践;路径探究

高中化学学科本身具有探究性与实验性，这种特性促使实验教学活动成为培养学生科学探究能力的理想舞台。但是学生在学习化学课程时，难免会因为学习基础或学习思维等因素，导致学习出现各种各样的困难，造成学生学习兴趣不高。当代教育越来越重视实践性和体验性，尤其是化学教育。随着科技的飞速发展，虚拟实验室已成为传统教学的重要补充，高中化学虚拟实验室作为现代科学教学的重要工具，为学生提供了一个安全、可控的实验环境，让学生在没有实验条件下的情况下也可以进行科学探究和学习。本文将聚焦高中化学领域，通过比较传统实验和虚拟实验的优劣势，探讨虚拟实验室如何有效地促进学生的科学探究。

一、虚拟实验在高中化学教学中的应用优势

实验教学是高中化学教学体系中最为基础的教学内容，对培养学生科学探究能力而言，具有一定的推动价值。为了深化学生的科学素养，教师在开展高中化学实验教学时，需要引导学生开展自主实践，亲身验证所学化学理论与原理，以增强学生的科学探究能力。虚拟实验作为一种新兴的教学辅助手段，具备多方面的优势，特别是在资源节约、安全性以及培养学生的自主学习能力方面。

（一）有利于节约设备资源

传统的化学实验通常需要大量的实验器材、化学药品以及安全设施，这对学校和教育机构的资源投入提出了较高的要求。虚拟实验室通过模拟真实的实验过程，将实验环境数字化呈现，可以显著减少对物质和设备的需求。另外，虚拟实验室还避免了许多实验所需的昂贵设备和易耗品的需求。这包括实验室常用的玻璃器皿、化学试剂和实验仪器等。学校不再需要频繁购买这些物品，节省了大量经费，使得教育资源可以更加合理地分配到其他方面，例如提升师资力量、购买其他教学辅助设备等。长期来看，使用虚拟实验室可以替代多种实验所需的试剂和设备，不仅可以减轻学校的经济负担，还可以让更多学生获得高质量的实验教育。

（二）有利于提高实验的安全性

虚拟实验在高中化学教学中具备显著的安全性优势。传统的化学实验可能涉及使用有毒、易燃或腐蚀性的化学物质，同时需要复杂的实验操作，这些因素都增加了学生和教师在实验室中面临的安全风险。虚拟实验通过数字化模拟实验过程，极大地降低了这些潜在风险。一方面，虚拟实验避免了直接接触危险化学物质的需求，减少了学生接触有害物质的机会。这样可以有效地避免因操作失误导致的伤害，保障学生的安全。另一方面，虚拟实验提供了一个安全的实验环境，减少了实验中可能发生的意外情况。学生可以在虚拟场景下进行操作和实验，即便出现错误也不会对自身和周围环境造成实质性危险，这有助于培养学生正确处理化学实验的态度和技能。

（三）有利于培养学生的自主学习能力

高中化学实验不仅是为了传授知识，还要为学生提供自主实践的机会。虚拟实验通过互动性和实时性，激发了学生的参与热情，让他们更积极地参与实验过程。在模拟实验的环境下，学生能够自主探索化学现象背后的原理和规律，有助于培养他们的观察、思考和解决问题的能力。化学虚拟实验室的出现，构建了一个充满平等、生动性、共享式的学习环境，潜移默化地引导学生自主参与实验，深入探究化学知识，显著提升其科学探究力，为学生化学综合素养的全面发展奠定了坚实基础。此外，这种自主学习模式显著增强了学生对化学知识的吸收与理解，通过引入虚拟实验平台，能够激发学生对化学的学习兴趣，让学生在自主探究的过程中养成严谨科学的学习态度，促进学生学科核心素养与实践能力的全面提升。

总而言之，虚拟实验在高中化学教学中的应用不仅节约了资源，提高了安全性，还有助于培养学生的自主学习能力。这种创新的教学手段为学生提供了更广阔的学习空间，降低了实验成本，同时创造了更安全、更具有互动性的学习环境。通过虚拟实验，学生能够在更自主、更安全的环境下探索科学世界，从而更好地掌握和应用化学知识。

二、虚拟实验中提升学生科学探究能力的制约因素

（一）虚拟实验受到学习曲线和指导需求的限制

虚拟实验室在高中化学教学中是一种新颖的教学手段，然而，学习曲线和指导需求是其中一个重要的制约因素。学生对虚拟实验室的操作可能需要一定的时间和指导，特别是对那些不熟悉技术操作的学生而言。有些学生可能对技术工具的使用不够熟练，需要额外的时间来适应虚