摘要:NB虛擬仿真實驗室是以虛擬仿真技術(shù)為核心，結(jié)合多媒體技術(shù)、圖形圖像學(xué)以及專業(yè)理論知識來構(gòu)建實驗?zāi)�擬訓(xùn)練的系統(tǒng)，主要在計算機軟件中以動畫視頻的形式呈現(xiàn)。文中從宏觀角度闡述NB虛擬仿真實驗室在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后預(yù)習(xí)中的應(yīng)用，明確NB虛擬仿真軟件對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實驗積極性、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)探究能力的重要影響。

關(guān)鍵詞:NB虛擬仿真實驗室;化學(xué)實驗教學(xué)

一、前言

NB虛擬仿真實驗室是一款為初高中教師和學(xué)生打造的實驗教學(xué)及學(xué)習(xí)工具，包含初中77個、高中139個實驗資源供學(xué)生練習(xí)。除此之外，該軟件中還設(shè)計了化學(xué)實驗儀器庫、實驗藥品庫，囊括了中學(xué)化學(xué)實驗中能用到的所有儀器和藥品。因此，通過該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計實驗，組裝實驗儀器并進行實驗。在中學(xué)化學(xué)中，有一部分實驗有毒或者在操作過程中存在一定危險。這也是這部分實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中難以開展的原因之一。如果將NB虛擬仿真軟件融入到這些有毒、有危險的化學(xué)實驗中進行有效教學(xué)，能夠在很大程度上打破這些實驗在教學(xué)中的局限性，對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，促進學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展都有會產(chǎn)生有利影響。下面將以氯氣的相關(guān)實驗為例，闡述如何在具有一定危險的化學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用NB虛擬仿真軟件。

二、NB虛擬仿真實驗室在教學(xué)中的應(yīng)用策略

(一)課前有效預(yù)習(xí)調(diào)動學(xué)生積極性，為課堂教學(xué)奠定扎實基礎(chǔ)

首先，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計任務(wù)單。任務(wù)單一方面讓學(xué)生清楚預(yù)習(xí)要做的工作，包括熟悉實驗原理和相關(guān)操作，另一方面引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)實驗有進一步思考。因此，在任務(wù)單里不要設(shè)計太多的問題讓學(xué)生感到負擔，而是以開放性問題為主，以期了解每個學(xué)生真實的預(yù)習(xí)情況。學(xué)生根據(jù)任務(wù)單以及課本中相關(guān)知識在課前利用NB軟件進行操作。學(xué)生在“精品資料”庫中找到氯氣與金屬反應(yīng)、與氫氣反應(yīng)的實驗進行操作練習(xí)，很快就能熟悉這些實驗所用到的藥品和儀器。達到引導(dǎo)學(xué)生掌握實驗原理與實驗基本操作的目的。另外值得一提的是，該仿真軟件能夠呈現(xiàn)逼真的實驗現(xiàn)象［1］，如反應(yīng)的聲音、反應(yīng)的顏色變化，操作錯誤也會觀察到相應(yīng)的現(xiàn)象。圖1所示為氯氣與銅、鐵、鈉及氫氣的操作過程。這在一定程度上給學(xué)生真實實驗的體驗，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的興趣。氯氣與銅、鐵以及氫氣的反應(yīng)裝置都比較簡單，學(xué)生很容易就能掌握操作過程。氯氣與鈉的反應(yīng)還涉及實驗前鈉塊的處理，學(xué)生需要對金屬鈉的相關(guān)性質(zhì)進行復(fù)習(xí)。而且氯氣與鈉的反應(yīng)相對其他幾個較為復(fù)雜，操作的過程也存在差異。在摸索實驗操作的過程中能夠促使學(xué)生思考產(chǎn)生這種差異的原因。通過課前使用NB虛擬仿真軟件，學(xué)生對接下來要學(xué)習(xí)的實驗內(nèi)容有初步的了解，對實驗中涉及的舊知識進行復(fù)習(xí)，提出新實驗中存在的問題，為課上學(xué)習(xí)新實驗的相關(guān)知識奠定扎實的基礎(chǔ)。

(二)課上打破以教師講授為主的教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)以學(xué)生為主的教學(xué)環(huán)境

進入課堂后的教學(xué)，主要以學(xué)生分享對任務(wù)單中問題的理解為主，因此教師需要盡可能給予學(xué)生充分的時間和空間進行交流。首先，隨機選取學(xué)生用虛擬軟件進行實驗操作，操作結(jié)束后請其他學(xué)生進行點評，以此來檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。這一步主要是交流討論實驗原理以及實驗操作的規(guī)范性，引導(dǎo)學(xué)生掌握化學(xué)實驗的基本知識和基本操作。其次，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗總結(jié)氯氣的相關(guān)性質(zhì)，以達到提升學(xué)生提取信息、歸納總結(jié)能力的目的。如通過對比鐵絲分別和氧氣、氯氣反應(yīng)的現(xiàn)象、產(chǎn)物，結(jié)合學(xué)生已有的氧化還原的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)氧氣與氯氣氧化性的強弱關(guān)系。第三，學(xué)生分享自己在預(yù)習(xí)過程中遇到的問題。大部分學(xué)生解答問題的能力很強，但發(fā)現(xiàn)問題的能力很薄弱。而發(fā)現(xiàn)一個有價值的問題往往比解決這個問題更有意義，所以希望通過這樣的方式培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)有意義問題的能力。最后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)虛擬仿真軟件的優(yōu)缺點。如在上述有關(guān)氯氣的實驗中，虛擬仿真軟件能夠在保證安全的情況下呈現(xiàn)逼真的實驗現(xiàn)象，但是金屬與氯氣反應(yīng)生成“煙”和氫氣與氯氣反應(yīng)生成“霧”的現(xiàn)象并不明顯。任何事物都有兩面性，虛擬仿真軟件能夠在很大程度上克服學(xué)生對化學(xué)實驗的抗拒，甚至能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的興趣，但教師在運用虛擬仿真軟件進行教學(xué)時，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生明白虛擬仿真軟件并不是完美的，還有很多不能替代真實實驗環(huán)境的地方。希望通過這樣的方式，逐漸引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待事物，辯證地看待化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)。運用虛擬仿真軟件進行課堂教學(xué)需要教師注意以下幾方面的問題:首先，課堂教學(xué)時間有限，教師需要在適當?shù)臅r候?qū)φn堂進行把控，以免學(xué)生在簡單、淺顯的問題上花費較多時間;其次，教師應(yīng)該積極地參與到學(xué)生的討論中，除了認真聽取學(xué)生的想法外，還要對學(xué)生的想法給予及時的反饋，引導(dǎo)學(xué)生對問題有正確和深入的理解。

(三)課后發(fā)揮NB虛擬實驗室的綜合功能進行復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的學(xué)科素養(yǎng)

在課后復(fù)習(xí)中有效地運用虛擬仿真軟件，對鞏固學(xué)生課堂上所學(xué)的知識、提升學(xué)生解決綜合實驗問題的能力也有很大的幫助。首先，教師根據(jù)學(xué)生在課堂上的反饋，引導(dǎo)學(xué)生認識自己在基礎(chǔ)知識和基本技能方面的掌握情況，在課后有針對性地利用虛擬仿真軟件進行練習(xí)，重點熟悉實驗原理和實驗操作步驟。雖然學(xué)生只能通過點擊鼠標進行操作，不能真實地接觸實驗儀器進行操作，但是虛擬仿真軟件中的操作都是比較規(guī)范的，在反復(fù)練習(xí)的過程中會對學(xué)生產(chǎn)生潛移默化的影響。其次，虛擬仿真軟件對學(xué)生進行復(fù)習(xí)最大的價值在于在學(xué)習(xí)了簡單的單一實驗后，可以將各個實驗綜合起來設(shè)計一體化實驗或者復(fù)雜的綜合實驗。如在學(xué)習(xí)完氯氣的制備、氯氣的化學(xué)性質(zhì)、氯水的化學(xué)性質(zhì)后，引導(dǎo)學(xué)生在課后設(shè)計制備、除雜、凈化、性質(zhì)檢驗等一體化的綜合實驗。由于不存在安全問題，學(xué)生可以在軟件上反復(fù)進行修改、檢驗實驗設(shè)計的合理性，直到設(shè)計出合理、滿意的實驗裝置。教師收集學(xué)生的設(shè)計，并選擇課時進行展示，對學(xué)生的設(shè)計進行及時的反饋。通過這樣的方式，一方面能夠?qū)β葰獾南嚓P(guān)性質(zhì)進行整合，加強對所學(xué)知識的理解和記憶;另一方面，學(xué)生設(shè)計綜合實驗的過程，實際上是學(xué)生對知識進行深度加工的過程。在這個過程中學(xué)生需要不斷地思考怎樣設(shè)計更加合理。有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識。

三、總結(jié)

(一)NB虛擬仿真軟件在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的價值與不足

教師運用虛擬仿真軟件進行實驗教學(xué)，課前、課上和課后的每個階段都應(yīng)該有對應(yīng)的教學(xué)方法。在課前運用虛擬仿真軟件主要是為了了解接下來要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，溫習(xí)自己已有的知識并提出自己在新實驗中存在的問題。因此，教師在設(shè)計任務(wù)單時要盡可能引導(dǎo)學(xué)生完成上述幾方面的任務(wù)。在課上運用虛擬仿真軟件主要的目的是熟練掌握相關(guān)實驗的反應(yīng)原理和操作步驟，并解決學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中存在的問題。教師需要給予學(xué)生充分的時間和空間進行交流討論，熟悉實驗的相關(guān)原理和操作，在此基礎(chǔ)上師生共同解決疑惑。課后運用虛擬仿真軟件一方面幫助學(xué)生加深對實驗原理和操作的理解和記憶，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生整合實驗內(nèi)容，設(shè)計綜合實驗，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。因此，在課后復(fù)習(xí)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真軟件進行一體化的綜合實驗，并對學(xué)生的設(shè)計成果給予及時的反饋。課前預(yù)習(xí)為課上學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，課上學(xué)習(xí)是對課前預(yù)習(xí)的檢驗;課上學(xué)習(xí)為課后復(fù)習(xí)、拓展奠定基礎(chǔ)，課后復(fù)習(xí)又是對課上學(xué)習(xí)結(jié)果的檢驗。在整個教學(xué)過程中以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，最大限度地提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。NB虛擬仿真軟件在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用還存在一些問題，如軟件本身還存在一些不足，不能滿足中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的要求，且利用虛擬仿真軟件進行化學(xué)實驗教學(xué)的方法、策略過于單一和簡單，不能引發(fā)學(xué)生的深度思考等。虛擬仿真軟件雖然不能替代真實實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的作用，但是對于一些有毒、有危險的實驗，有效的教學(xué)方法和策略在一定程度上對發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力、合作學(xué)習(xí)能力、自主學(xué)習(xí)能力都有重要作用。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該善于挖掘有效的實驗教學(xué)方法和策略，不斷完善虛擬仿真軟件在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的作用。當然，這一切都要基于更加完善、可靠的虛擬仿真實驗室系統(tǒng)。所以需要一方面不斷完善NB虛擬仿真軟件，另一方面開發(fā)更適應(yīng)中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的仿真實驗室系統(tǒng)，期待虛擬仿真軟件能夠有更好地發(fā)展。

(二)虛擬仿真實驗與真實實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的地位及關(guān)系

從上面內(nèi)容我們了解到虛擬仿真實驗?zāi)軌驗閷W(xué)生預(yù)習(xí)實驗操作，一些復(fù)雜或具有危險性實驗的課上操作，課后鞏固復(fù)習(xí)實驗操作等提供機會和平臺。同時，虛擬仿真實驗?zāi)軌驗閷W(xué)生自主設(shè)計實驗，搭建并檢驗實驗裝置的合理性，發(fā)展學(xué)生的思維能力提供可能性，而且其攜帶便捷，操作簡單易懂。虛擬仿真實驗為中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)提供了新的思路，但這并不代表虛擬仿真實驗?zāi)軌蛱娲�真實實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的地位。事實上，通過實踐發(fā)現(xiàn)真實實驗?zāi)軌蛟诤艽蟪潭壬霞ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，而且能夠加深學(xué)生對化學(xué)實驗操作的理解和記憶，提升學(xué)生的動手操作能力。而虛擬仿真實驗雖然能夠模擬真實實驗，但是學(xué)生進行操作時主要依靠點擊鼠標，無法真切地感受實驗操作的過程，無法提升學(xué)生的動手操作能力。因此，基于相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，在實驗環(huán)境等客觀條件充分的條件下，學(xué)生應(yīng)盡可能多地進行真實的實驗操作。虛擬仿真實驗和真實實驗有著各自的優(yōu)缺點，兩者之間能夠相互補充，因此在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)該充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點，運用合理的教學(xué)策略使兩者相輔相成，為中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)設(shè)更加積極有效的教學(xué)途徑。

參考文獻:

［1］楊壯林，陳小莉，王巧艷，郭欣．淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2023，(16):55－56．

作者:王楠 吳曉紅