虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應用

方彥

（廣東省珠海市紫荊中學桃園路校區）

摘 要：虛擬實驗室增強了實驗教學的功能，將學生和實驗聯系起來，為教師提供了一種新的教學方式，也為學生提供了一種新的實驗方式。在使用虛擬實驗室的過程中，如果能把虛擬的與真實的相比較，加強學習者之間的相互合作，并注重激發學習者的興趣，促使其進行探究，那必將會產生巨大的教育價值。

關鍵詞：虛擬實驗室；化學；教學

義務教育教科書人教版化學九年級上冊第一單元《走進化學世界》課題2的標題是《化學是一門以實驗為基礎的科學》?；瘜W是初中的一門重要學科，而實驗是化學學科的精髓。廣東珠海市早在幾年前就把化學實驗操作作為中考的必經之路，只有實驗考查及格的學生才有資格報考國家示范性高中，可見珠海教育部門對化學實驗的重視。但是由于初三中考的壓力大、教學進度的緊張、空間限制以及安全等多方面的因素，化學實驗的應用并不理想。此時，虛擬實驗室的提出對解決當前教學模式的狀況起到了一些改善。

信息技術的高速發展在這個時代體現得淋漓盡致，如今“云教育”已經鋪天蓋地地來到我們各大高校、中小學以及各大培訓機構。以往，在報紙雜志上看到“數字教材”“慕課”等詞語，覺得這是“高大上”的文章，而如今在中國知網的篇名欄里搜索類似這樣的詞語再也不是鳳毛麟角了。

教育云資源庫的內容很豐富，它包括日常教學資源以及與教育教學相關的數字資源。比如，課程同步教學資源、課程同步學習資源、課外拓展學習資源、仿真虛擬實驗資源、德育教育資源、教育游戲資源、教師培訓資源和網絡服務資源等。見圖1。

一、什么是虛擬實驗室

所謂虛擬實驗室，是指在計算機系統中采用虛擬現實技術

（VR技術）的各種虛擬實驗環境，實驗者可以像在真實環境中一樣完成各種預定的實驗項目。筆者認為，在初中化學新課教學中，虛擬實驗室是模擬化學儀器、藥品及實驗現象等虛擬實驗環境，

便于學生操作的一種軟件。它的目標是將學習者從大量的實驗中解脫出來，節省大量的時間、人力、物力和精力，使之投入更深入的研究工作中。

二、虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應用

（一）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”應用的原因

人民教育出版社義務教育教科書化學九年級上冊第六單元《碳和碳的氧化物》課題2《二氧化碳制取的研究》一課，傳統教學中的化學實驗存在諸多的問題。實驗室若安排組裝儀器，由于操作不當或意外打碎、碰碎儀器的情況，增加了學校的經濟負擔。初三時間緊，任務重，教師為了教學進度，能不做的實驗就會一帶而過。由于地域限制，有的學校偏遠，無法購買齊全藥品和儀器，導致實驗無法正常完成。

虛擬實驗室增強了實驗教學的功能，將學生和實驗聯系起

來，為教師提供了一種新的教學方式，也為學生提供了一種新的實驗方式。

（二）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應用

在二氧化碳制取裝置的選取環節中，應用了虛擬實驗室，學生根據“反應器”“膠塞組合”和“收集裝置”的選擇進行儀器組合。見圖2。

在講解了二氧化碳制取裝置的內容后，學生明白了發生裝置要考慮反應物的狀態以及反應條件，收集裝置要考慮二氧化碳能溶于水，并能與水反應，密度比空氣大，只能用向上排空氣法

收集。

讓學生通過虛擬實驗室來組裝實驗室制取二氧化碳的裝置。此裝置有“反應器”“膠塞組合”“收集裝置”?！胺磻鳌庇形宸N選擇，“膠塞組合”有兩種選擇，“收集裝置”有三種選擇，因此可選用的組合比較多。上課時，將學生分為六個化學小組，每組七人。為了激發學生的學習積極性和主動性，本環節由每小組派代表完成，并且要求每小組的儀器組裝不能完全相同。第一組選用了“反應器”的第三個，“膠塞組合”的第二個，“收集裝置”的第一個。本裝置反應一直進行，直到一種反應物消耗完畢。第二組選用了“反應器”第二個，“膠塞組合”第一個，“收集裝置”第一個。本裝置不能隨開隨停，但可以通過加入長頸漏斗用酸量控制反應的量，或者在膠管上夾一彈簧夾來控制。第三組選用了“反應器”第一個，“膠塞組合”第一個，“收集裝置”第一個，顯示錯誤組合，膠塞組合裝置不合適或全套實驗裝置不完全。第四組選用了“反應器”第五個，“膠塞組合”的選用有些猶豫，但最終沒有選用，“收集裝置”第一個。本裝置即開即停，反應可以控制，可制備大量的氣體，只能用于塊狀固體和液體的反應。第五組選用了“反應器”第二個，“膠塞組合”第三個，“收集裝置”第一個。本裝置可以通過注射器注射酸量控制反應，可以進行定量反應，并且能改變反應的劇烈程度，用注射器逐滴加入鹽酸來控制反應的速率。第六組選用了“反應器”第一個，“膠塞組合”第四個，“收集裝置”第一個。本裝置即開即停，可以控制反應，但只能制備少量的氣體，用于塊狀固體和液體的反應。

在傳統教學中，本環節會利用課本展示出來的圖，讓學生自由組合，但做法死板，毫無興趣可言，無法達到激發學生求知欲的目的。有的老師只展示不同裝置組合的演示文稿，沒有動態的畫面，學習者學習時不能融會貫通。有的老師會展示部分不同裝置的視頻，不能面面俱到，播放視頻不僅會浪費大量的時間，而且沒有起到讓學生探索的目標。

（三）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應用策略

1.改變教師的理念尤為重要

在教學中，有一部分老師過度依賴新引入的信息技術，沒有將之與課程實現有效整合，甚至出現了占用學生學習時間的現象，也有一部分老師不應用新的信息技術，還是用傳統的教學方式進行教學，不理解新技術與原有信息技術的區別，甚至認為新技術干擾了正常的教學秩序，不利于學生探究成果的產生。

2.虛擬實驗室在合適的課題中使用

原本學習的碎片化讓學生專注度下降，但虛擬實驗室的使用，不僅能讓學生專注度提升，而且能提升學習深度。在本課題中，傳統教學只停留在簡單的發生裝置和收集裝置的組合。利用虛擬實驗室，加入了膠塞的選擇，這也是考題中的一個難點。利用虛擬實驗室，“可控制反應的速率”和“可控制反應的發生與停止”的裝置都能讓學生深刻地體會到。當學習者選擇錯了裝置，不再由老師解釋，而是通過軟件直接給出，讓學生有煥然一新的感覺，并且記憶深刻。有的學生還會改編裝置，創造出新的組裝圖。

3.虛實結合

在使用虛擬實驗室的過程中，如果能把虛擬的與真實的相比較，加強學習者之間的相互合作，并注重激發學習者的興趣，促使其進行探究，那必將會產生巨大的教育價值。使用虛擬實驗室的同時，提升學生興趣，提高參與度，如果想讓學生達到好的學習效果，老師需要根據每個課題的實際情況，對教學設計加以調整，對實驗要加以分析和總結，否則學生的學習熱情就像曇花一現，不能真正地內化成自己的知識。

參考文獻：

[1]云亮.智慧教育：互聯網+時代的教育大轉型[M].電子工業出版社，2016.

[2]吳美珠.虛擬實驗室在中學生物實驗教學中的應用[J].發明與創新（教育信息化），2015（2）：55-59.

編輯 范昕欣