虚拟化学实验设计.doc

虚拟化学实验设计 一、基于Secondlife的虚拟化学实验过程设计 〔一〕实验分析 高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器，通过加热高锰酸钾制取氧气，利用排水法来搜集氧气学生不仅要掌握实验原理、目的，实验仪器和药品的使用方法及考前须知，实验步骤、化学方程式的书写等内容，还要培养观察、分析才能和理论操作才能 〔二〕?高锰酸钾制取氧气?的实验目的 〔1〕通过虚拟实验中的文本展示工具，使学习者理解实验目的、原理和方法 〔2〕通过对虚拟实验的操作，掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序，可以动手制取氧气 〔3〕通过对实验过程、现象的观察、分析实验反响机制，加深对实验的认知和理解 〔三〕?高锰酸钾制取氧气?的虚拟实验活动设计 学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端，进入Secondlife虚拟环境，通过以下流程完成整个虚拟实验 〔1〕准备阶段：学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移开工具进入虚拟实验室 〔2〕实验阶段：学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创立好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图，完成实验仪器的装置；点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。

〔3〕评价反响阶段：老师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进展一个综合评价，并将评价结果通过评价反响系统及时反响给学习者 二、?高锰酸钾制取氧气?的虚拟实验环境设计 本研究以?高锰酸钾制取氧气?为例设计的虚拟实验环境以实验过程的设计为理论根底从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境 〔一〕实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成 虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成，供学习者实验后进展交流、报告、探究、形成实验结论虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯药品耗材主要是高锰酸钾等 〔二〕交互系统设计 〔1〕人机交互设计：在实验中通过操作交互，学习者可以感受到实验设备的控制感和体验感在Secondlife中，利用创立工具可以实现简单的"点击";"挪动";"坐在上面";等操作，Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反响等等，可以较好地支持学习者的操作交互。

〔2〕交流工具：学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有的同步交流和异步交流 〔三〕支持工具设计 实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反响工具等搜索工具主要是地图工具和瞬间移开工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户，并瞬间挪动到目的地资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源内部资源主要是3D阅读器；外部资源包括各大搜索引擎这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持评价反响工具主要包括问卷系统〔choicer、Quizchair〕、学习记录系统〔Tracker〕、Web-Inter，为实验后学习者自评、反思以及老师评价反响提供支持 〔四〕特效设计 在Secondlife中，通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反响过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现 三、结论 本研究利用Secondlife虚拟环境的情境性、操作交互性和Sloodle平台对实验过程的控制和管理等特性创立了基于Secondlife的虚拟化学实验。

该实验具有沉浸感强、深度操作交互、精细的反响机制控制和过程管理等特点，可有效解决当前中学化学实验教学无法培养学生理论才能，不能促进学生对实验过程的认知和理解等问题. 陈颖博 单位：安康学院电子与信息工程系。