5.构建工具

 

 

虚拟实验构建工具是在教材规定的实验基础上,为教师提供进一步开展探究性、协作性、综合性等实验活动,创设实验教学内容,构建个性化的教与学环境提供了灵活的实验探究的平台,为学生进行实验探究提供有效支撑。虚拟实验环境构建工具包括仪器、药品、实验案例。

化学虚拟实验室由仪器、药品、实验案例组成,用户可以自由构建化学实验探究环境,进行仪器组装、药品添加,点击开始反应按钮后触发化学反应,根据数据计算实时反应现象(溶解、气泡、沉淀、变色等),显示化学方程式(用户选择方程式显示后)。

5.1 仪器

提供化学实验仪器,包括:反应仪器、连接仪器、辅助仪器以及其他辅助材料,仪器之间可以进行连接、拆分,自由组装出实验教学需要的装置。能够根据仪器之间的关系,按照化学实验规则实现仿真实验的各种仪器组装。

5.1.1 通用操作

1. 仪器添加

单击或拖拽仪器面板里的某个仪器,可以实现仪器的添加。

2. 仪器选中

1)单击鼠标选中仪器;

2)按下鼠标左键同时拖动鼠标,以框选的方式选中仪器。

3. 仪器删除

1)在仪器上单击鼠标右键,选中菜单中的“删除”项,即可删除选中仪器;

2)选中仪器,利用键盘“Delete”键删除。

4. 仪器连接

鼠标移动仪器去碰撞另一个仪器时,会出现允许连接/禁止连接符号提示,若出现允许连接符号提示,松开鼠标后可以实现仪器的自动连接功能;若出现禁止连接符号提示,松开鼠标后仪器会弹回到移动前的位置。

5. 仪器拆分

鼠标拖动连接装置中的某一仪器,抬起后即可实现仪器的拆分。

6. 仪器的倒置

1)在部分仪器(试管、大烧杯、小烧杯、圆底烧瓶、洗气瓶、集气瓶、漏斗)上点击鼠标右键,。在菜单中选择“倒置”选项,仪器旋转180°;取消选择的“倒置”选项,仪器正立。

2)若倒置仪器里盛有药品,在该仪器下方有承接的仪器情况下,该仪器里的药品会流往承接仪器里。移动倒置仪器或者承接仪器离开药品承接范围,药品会停止流动。

3)仪器的“倒置”选项和“倾倒”不并存。

4)当反应正在进行时,仪器右键菜单“倒置”选项不显示,且倒置状态的仪器中的药品暂时不能发生反应。

7. 仪器的倾倒

1)在部分仪器(试管、大烧杯、小烧杯、圆底烧瓶、锥形瓶、蒸发皿、洗气瓶、量筒)上点击鼠标右键,在菜单中选择“倾倒”选项,仪器会旋转一定角度进行倾倒操作;取消选择“倾倒”选项,仪器正立。

2)倾倒状态的仪器里若盛有药品,移动该仪器并碰撞承接仪器,该仪器里的药品会流往承接仪器里。倾倒状态的仪器里的药品流动过程中,移动仪器或者承接仪器离开药品承接范围,药品会停止流动。

3)倾倒状态的仪器是不允许与其他仪器进行连接的。

4)仪器的“倾倒”选项和“倒置”不并存。

5)当反应正在进行时,仪器右键菜单“倾倒”选项不显示,且正在倾倒的仪器将立即停止倾倒并正立过来。

8. 仪器的清空

1)在仪器上点击鼠标右键,点击菜单上的“清空”选项,仪器里的所有药品均被清空。

2)当反应正在进行时,仪器右键菜单“清空”选项不显示。

5.1.2 仪器特殊操作

1. 集气瓶

1)在集气瓶上点击鼠标右键,菜单上有“充满氧气”、“充满二氧化碳”、“充满二氧化硫”选项,选择后, 集气瓶内会充满氧气或者二氧化碳或者二氧化硫;取消选择后,集气瓶内默认充满的是空气。默认集气瓶内只能充满一种气体,所以“充满氧气”、“充满二氧化碳”、“充满二氧化硫”选项不并存。   

2)右键属性菜单还有“摇动“选项,选择后,集气瓶会以玻璃片中心为原点左右摇动,取消选择后,集气瓶停止摇动。

2. 酒精灯

1)酒精灯点燃操作:鼠标在酒精灯灯帽处按下,移动灯帽,鼠标抬起灯帽停止移动,放置在当前鼠标位置。双击火柴盒,出现火柴,鼠标移动火柴碰撞酒精灯灯芯,此时酒精灯点燃,火焰逐渐升起(用燃着的木条也可以点燃酒精灯,操作与火柴一样)。

2)酒精灯熄灭操作:鼠标移动灯帽碰撞酒精灯,灯帽会自动在火焰上落下,且弹起再落下,火焰熄灭。

3)移动点燃的酒精灯去碰撞反应仪器,酒精灯火焰会根据加热的仪器发生形变,或者移动反应仪器去碰撞点燃的酒精灯,火焰也会发生形变。

3. 滤纸

1)在滤纸上点击鼠标右键,菜单上有“折叠”选项,选择后,会有一段滤纸折叠的动画(展开的滤纸自动折叠成三角形);取消选择,滤纸恢复成最初的展开状态。

2)当滤纸上有过滤出来的固体药品时,滤纸右键菜单里“折叠”项隐藏,不可以进行折叠,清空后才可以再次折叠使用。

4. 集气导管2

在集气导管2上点击鼠标右键,菜单上有“角度变小”选项,选择后,入口处那段导管角度会变小;取消选择,集气导管2恢复成原始状态。

5. 温度计

1)温度计只能测量仪器内部的温度,所以测量温度时要把温度计与仪器先连接。

2)当温度计在酒精灯上直接加热时,温度涨到100度后会炸裂。

3)测量温度时,当仪器中的液面高度未没过温度计玻璃泡时,温度计

不能测量温度。

4)移开正在测量温度的温度计,温度计的温度示数将下降至室温(25摄氏度)。

6、铁架台侧视

1)鼠标在铁圈、铁夹上按下,上下移动鼠标,铁圈、铁夹分别可以在一定范围内移动。

2)在铁架台侧视上点击鼠标右键,菜单上有“显示铁夹”、“显示铁圈”选项,两个选项默认都是勾选上的。点击“显示铁夹”项取消勾选,则铁架台上的铁夹隐藏;点击“显示铁圈”项取消勾选,则铁架台上的铁圈隐藏。两者可以同时隐藏。

7、铁架台正视

在铁架台正视上点击鼠标右键,选择属性项,会弹出铁架台正视的属性面板,点击单选按钮可以设置铁夹的角度:向上倾斜、向下倾斜。铁夹上如果连接了试管,试管会跟随铁夹旋转。

8、胶头滴管

1)鼠标移动胶头滴管碰撞打开的试剂瓶、大烧杯、小烧杯、水槽,胶头滴管会自动吸取药品。烧杯中的溶液若为混合溶液(液液混合、固液混合),则不允许吸取。

2)吸取药品后,移动胶头滴管到承接仪器上方,在胶头滴管上点击鼠标右键,菜单上有“逐滴滴加”、“成流添加”选项,选择“逐滴滴加”选项,液体药品会成滴滴入承接仪器中;选择“成流添加”选项,液体药品会成流状流入承接仪器中。

3)胶头滴管吸取完药品移动到承接仪器上方后,双击胶头滴管,药品则“成流添加”;单击胶头滴管,药品则“逐滴滴加”。

4)胶头滴管里有药品时,不允许再次吸取药品。胶头滴管里的药品滴加完毕或者清空后,默认恢复未取药状态,允许吸取其他药品。

9、玻璃棒

1)将玻璃棒与大烧杯、小烧杯、蒸发皿连接上后,在玻璃棒上点击鼠标右键,菜单上有“搅拌”选项,选择后,玻璃棒会自动搅拌,此时,在大烧杯、小烧杯、蒸发皿上点击鼠标右键,菜单上有“停止玻璃棒搅拌”选项,选择后,玻璃棒停止搅拌。

2)将玻璃棒与漏斗连接上后,移动装有液体药品且处理倾倒状态的仪器碰撞玻璃棒,仪器会自动吸附到玻璃棒上,此时,液体药品会自动沿着玻璃棒流入漏斗中。

10、漏斗

  往漏斗倾倒液体药品时,漏斗下方没有承接仪器时,液体药品会流到漏斗中;漏斗下方有承接仪器时,漏斗内的液体药品会流入承接仪器中。

11、水槽

在空水槽上点击鼠标右键,菜单上有“装水”选项,选择后,水槽会自动装上水,此时该选项会隐藏。默认水槽里存在其他药品时,“装水”选项不显示。

12、棉花

在棉花上点击鼠标右键,菜单上有“湿棉花”选项,选择后,棉花会变成湿棉花状态。

13、木条

燃着的木条和带火星的木条都可以通过碰撞试管、圆底烧瓶、锥形瓶和集气瓶这四种仪器进行气体检测,碰撞到上述四种仪器后,如果碰撞到的是瓶口处,则会检测气体是否验满,此时木条会被放置在瓶口固定位置,并根据仪器内的气体(目前支持检测氧气和二氧化碳)进行相应状态的改变;如果碰撞到的是除瓶口外的仪器其它部分,会自动播放深入到仪器内部的动画,并且根据仪器内的气体(目前支持检测氧气和二氧化碳)进行相应状态的改变。

5.1.3 部分仪器的连接说明

1. 胶塞

1)可以与胶塞连接的反应仪器为:试管、圆底烧瓶、锥形瓶、洗气瓶。

2)鼠标移动胶塞碰撞这些仪器可以进行连接,移动这些仪器碰撞胶塞碰也可以连接,并且胶塞是根据当前碰撞的仪器的瓶口自动调节大小。 

3)反应过程中,如果气体体积超过仪器体积,胶塞会崩开

2、导管

1)可以与胶塞连接的导管有:右直角型导管、左直角型导管、直型导管、折角型导管、集气导管2(角度变小后)。

2)一个胶塞最多可以连接两根导管,如果连接的是直角型导管,则不能同时连接两根同一方向的导管。

3)集气导管1可以与集气瓶(正立)连接;集气导管2可以与集气瓶(倒置)连接,移动导管碰撞集气瓶,集气瓶瓶盖会自动打开,导管会自动与集气瓶连接。同时,移动集气瓶时,集气导管是跟随移动的。

4)导管除了以上的实际连接关系外,与仪器碰撞出现允许连接符号的都属于虚连接,与导管虚连接的仪器移动仪器时,导管不跟随移动。移动导管离开仪器的范围或者移动仪器离开导管的范围,都可以将虚连接断开。

3、橡胶管

1)橡胶管只可以和导管进行连接,可以与橡胶管连接的导管有:右直角型导管、左直角型导管、直型导管、集气导管1、集气导管2

2)鼠标拖拽橡胶管的管口,移动管口与导管进行碰撞,松开鼠标后橡胶管管口自动就吸附在导管管口上了,橡胶管可以任意形变。鼠标拖拽橡胶管的管口,移动离开导管的碰撞热区,橡胶管就与导管拆分了。

4、铁架台侧视

1)铁架台侧视三处可以连接仪器,分别为:铁夹、铁圈、底座。可以与铁夹连接的仪器有:试管(正立和倒置)、圆底烧瓶(正立和倒置)、锥形瓶。

可以与铁圈连接的仪器有:大烧杯、小烧杯、蒸发皿、锥形瓶、石棉网、漏斗。

可以与底座连接的仪器有:木块、酒精灯、大烧杯、小烧杯。

2)如果仪器同时碰撞到铁夹、铁圈或者底座,则不允许连接。

3)如果要连接的仪器的高度大于铁夹与铁圈(铁圈与底座、铁夹与底座)之间的距离,则不允许连接。

5、铁架台正视

1)铁架台正视两处可以连接仪器,分别为:铁夹、底座。可以与铁夹连接的仪器有:试管。

可以与底座连接的仪器有:木块、酒精灯。

2)鼠标移动试管碰撞铁夹,试管中有液体药品则默认试管与铁夹向上倾斜(45°);试管中无液体药品(包括空试管)则默认试管与铁夹向下倾斜(15°)。

3)如果仪器同时碰撞到铁夹和底座,则不允许连接。

4)如果要连接的仪器的高度大于铁夹与底座之间的距离,则不允许连接。

6、滤纸

1)滤纸只在折叠状态下才可以与漏斗连接,没折叠的滤纸碰撞漏斗会自动弹开。

2)滤纸和漏斗连接后,双击漏斗,滤纸会自动和漏斗拆分,弹到漏斗上方。

7、玻璃棒

  1)玻璃棒可以与烧杯、蒸发皿连接,连接后玻璃棒放置在烧杯中,做搅拌用。

  2)玻璃棒可以与漏斗连接,连接后玻璃棒做引流用。

8、棉花

可以与棉花连接的仪器有:试管。棉花与试管连接上之后,双击试管,棉花会自动和试管拆分,弹到试管上方。

9、燃烧匙

1)可以与燃烧匙连接的反应仪器为集气瓶。移动燃烧匙,与集气瓶进行碰撞,松开鼠标后自动播放燃烧匙伸入到集气瓶中的连续动作,此时移动集气瓶,燃烧匙将跟随移动。

2)移动燃烧匙取消燃烧匙与集气瓶的连接关系。

10、木块

1)木块间可进行连接,可通过叠加木块的方法,调整酒精灯的加热位置。

2)木块的连接没有数量限制。移动下方的木块,上方的木块会跟随一起移动;移动上方的木块,离开下方木块的范围,则进行拆分。

5.2 药品

提供化学实验药品,包括:酸、碱、盐、金属、非金属、氧化物以及其他药品。往仪器中添加可以反应的药品,按照化学实验原理实现仿真实验的各种反应与现象模拟。

5.2.1 通用操作

1、固体药品

1)固体药品的取用:

药匙取药:鼠标在试剂瓶瓶盖处按下,移动瓶盖,鼠标抬起瓶盖停止移动,瓶盖倒立放置在当前鼠标位置。移动药匙碰撞装有小颗粒粉末和金属小颗粒的药品试剂瓶,药匙会自动获取药品。

镊子取药:鼠标在试剂瓶瓶盖处按下,移动瓶盖,鼠标抬起瓶盖停止移动,瓶盖倒立放置在当前鼠标位置。移动镊子碰撞装有大颗粒粉末、金属大颗粒、丝状、条状和块状的药品试剂瓶,镊子会自动获取药品。

须用镊子取的药品有:碳酸钙、镁、氧化钙。

2)固体药品的添加:

使用药匙添加药品:移动装着药品的药匙碰撞试管、烧杯、圆底烧瓶、锥形瓶、蒸发皿以及燃烧匙,药匙会自动触发药品放置过程,将药品添加到相应的仪器中去。

使用镊子添加药品:移动夹着药品的镊子碰撞试管、烧杯、圆底烧瓶、锥形瓶,进行药品的添加,镊子会自动触发药品放置过程,将药品添加到相应的仪器中去。

在放置药品的过程中,如果移动承接仪器或药匙和镊子,药品放置过程会立即停止,此时根据药匙和镊子上是否存在药品,恢复药匙和镊子的状态。药匙和镊子上存在药品,则恢复取完要但未添加药品的状态;药匙和镊子上不存在药品,则恢复未取药的垂直状态。

2、液体药品

1)液体药品的添加:鼠标在试剂瓶瓶盖处按下,移动瓶盖,鼠标抬起瓶盖停止移动,瓶盖倒立放置在当前鼠标位置。移动试剂瓶碰撞相应仪器,试剂瓶自动向仪器中倾倒液体药品;添加达到一定量后鼠标移走试剂瓶,鼠标抬起时,试剂瓶会停止加药。

2)少量液体药品的取用与添加:鼠标在试剂瓶瓶盖处按下,移动瓶盖。鼠标抬起瓶盖停止移动,瓶盖倒立放置在当前鼠标位置。移动胶头滴管碰撞液体药品试剂瓶,胶头滴管会自动吸取药品。 取完药后,移动胶头滴管到承接仪器上方,选择胶头滴管右键菜单上的“逐滴滴加”、“成流滴加”选项,实现液体药品添加到承接仪器中。

5.2.2 药品特殊操作

1、蒸馏水

蒸馏水的添加:移动蒸馏水瓶碰撞仪器,则蒸馏水瓶的瓶嘴会自动吸附到仪器口,水流沿着仪器壁流入仪器中。

2、滴瓶装着的试剂

石蕊、酚酞试剂的取用:鼠标在滴瓶上的胶头滴管按下时,会自动吸取药品。移动胶头滴管添加完药品后,再移动胶头滴管碰撞滴瓶瓶身,会自动吸附回原来其在滴瓶中的位置。

石蕊、酚酞试剂的添加:胶头滴管取完药后,移动胶头滴管移动到承接仪器上方,双击胶头滴管,药品则“成流添加”;单击胶头滴管,药品则“逐滴滴加”。

5.3 实验工具栏

5.3.1 工具栏的添加与删除

1)添加了仪器或者药品之后,页面右上角会自动添加浮动工具栏。

2)当页面上没有跟虚拟实验室相关的仪器或药品时,浮动工具栏会自动删除。

5.3.2 开始/暂停反应

浮动工具栏上有“开始/暂停反应”按钮。仪器里添加完药品后,点击 “开始反应”按钮之后反应开始,根据反应物及生成物的量和性质模拟反应现象,如冒气泡、溶液变色、产生沉淀等。点击 “暂停”按钮,反应暂停,现象暂停,药品量停留在暂停的时刻。此时,按钮变为暂停再开始状态:,再点击该按钮,反应会继续进行,现象继续模拟药品量会继续计算。  

5.3.3 结束反应

浮动工具栏上有“结束反应”按钮,点击该按钮,仪器中的药品将恢复到反应开始前的状态。

5.3.4 放大

浮动工具栏上有“放大”按钮,点击该按钮后再点击相应的仪器,会弹出相应的仪器放大面板,目前只支持量筒和温度计的放大。

仪器放大面板上的仪器会根据实际仪器的状态改变而动改变,如:温度计示数变化、量筒内的液面改变。

5.3.5 方程式

1)浮动工具栏上有“方程式”按钮,点击该按钮弹出方程式面板,点击“开始反应”按钮面板上会自动显示相应的方程式;或者先点击“开始反应”按钮,反应开始后,再点击“方程式”按钮,也会自动显示相应的方程式。

2)反应开始后,动态添加药品,触发新的反应产生时,面板会自动显示新增的方程式。

3)方程式面板上最多可以显示3条方程式,当方程式条数超过3条时,可以在方程式面板上滚动鼠标滚轮,可以看到其他的方程式。

5.3.6 帮助

浮动工具栏上有“帮助”按钮,点击该按钮就会弹出帮助面板。

5.4 实验案例

提供由仿真实验仪器、药品构建出来的实验装置,根据装置里的连接通路与所添加的药品,模拟化学实验,提供支撑探究实验的虚拟环境。