NB虛擬實驗在中學化學實驗教學中的應用

周貴樂 吳曉紅

摘 ?要 以“探究化學反應速率的影響因素”為例，說明NB虛擬實驗如何應用于中學化學實驗教學中，以期為中學化學探究性實驗教學設計提供參考。

關鍵詞 NB虛擬實驗;中學化學;實驗教學;化學反應速率

中圖分類號：G633.8 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）19-0123-03

0 ?前言

隨著“互聯網+”時代的到來，NOBOOK虛擬實驗（簡稱NB虛擬實驗）應運而生。NB虛擬實驗是專門為初高中教師創設的教學軟件，具有簡便性、高效性、創新性的特點，可以有效增強化學實驗教學效果。NB虛擬實驗主要是借助虛擬現實、多媒體、仿真等技術，創造一個虛擬的實驗平臺，教師或學生可以在虛擬實驗室搭建實驗裝置并進行實驗，因為里面的藥品和儀器可以自由選擇，量的多少也可以自由控制，在操作實驗過程中能夠觀察到明顯的實驗現象。同時，教師可以在NB虛擬實驗室中進行實驗演示，演示完后直接保存到“我的實驗”中，方便下次教學;還可以將課件資料等上傳到該平臺，實現資源共享。

1 ?傳統實驗教學存在的問題

1.1 ?學校經費緊張，實驗設備不足或陳舊

沿海城市經濟發達，教育水平也相對較高，實驗教學開展得較好，對于有條件進行實驗教學的學校來說，讓學生親自動手實驗是很有必要的。雖然我國的教育事業有了長足發展，但是部分地區的教育水平仍然較低，中學化學實驗教學開展中面臨的問題較多，主要表現在：

1）學校在購買實驗儀器時沒有做好長遠規劃，在之后的使用過程中，部分儀器破損后無法及時補全，導致實驗無法正常進行;

2）實驗設備長期使用會出現故障，沒有人及時修理，導致使用率下降;

3）學校缺少綜合實驗室，對于一些高危實驗，教師更不會讓學生操作，學生無法感受到實驗環境，對實驗的敏感度不高。

由于地區經濟的發展不平衡，導致教育水平的差距越來越大。目前，部分地區學校教育經費緊張，無法提供完整的實驗設備，導致化學實驗無法正常開展。

1.2 ?學生參與不積極，學習興趣不高

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗可以驗證化學中的科學知識，通過測量出準確的實驗數據進而得出結論。在實驗過程中還可以培養學生的動手實踐能力和問題解決能力等綜合素養。但是在實際的化學課堂中，大多數學生在實驗過程中只是抱著“玩一玩”的態度，有的學生只是覺得“實驗很有趣”“實驗很好玩”，在上課過程中并沒有真正學到知識和技能。久而久之，學生對實驗的興趣大大降低，對化學失去興趣。學生被動接受知識的時代已經過去，作為新時代的教師應在“互聯網+”時代潮流下，在課堂中更多地引入教育技術來引起學生的興趣，NB虛擬實驗不僅可以解決實驗設備不足的問題，而且可以運用虛擬實驗給學生不一樣的情感體驗，從而激發學生的興趣。

2 ?實驗探究

下面以“探究化學反應速率的影響因素”為例進行實驗探究教學設計，說明如何將NB虛擬實驗運用在化學實驗教學中。

2.1 ?實驗目的

首先，探究哪些因素能夠影響化學反應速率;其次，掌握如何將控制變量法應用于實驗中，分析其應用原理、基本流程、操作步驟及思路;再次，初步了解NB虛擬仿真實驗在化學中的應用;最后，發展學習化學的興趣，體驗科學探究的艱辛和喜悅，培養學生的合作探究精神。

2.2 ?實驗原理

化學反應速率是表示化學反應進行快慢的物理量，常用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量表示（均為正值），公式表示為：ν=Δc/Δt。

2.3 ?實驗用品

藥品：鐵粉、鎂粉、塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末、二氧化錳粉末、鹽酸（0.5 mol/L，3 mol/L）、H2O2溶液（3%）。儀器：試管、藥匙、鑷子、膠頭滴管、酒精燈、試管夾、火柴。

2.4 ?實驗預測

化學反應速率與哪些因素有關？

1）鈉和鎂分別與水反應的時候，為什么鈉與水反應更加劇烈？與什么因素有關？

2）超市里面新鮮的水果保存在冰箱里存放得更久，與什么因素有關？

3）帶火星的火柴能在純氧中復燃，與什么因素有關？

4）實驗室中，當用氯酸鉀制備氧氣時，加入二氧化錳時反應更快，與什么因素有關？

5）冬天燒火時，木材劈成小塊燒得更快，與什么因素有關？

2.5 ?實驗方案設計的注意事項

1）研究某一種因素對化學反應速率的影響時，要設計參照系，也就是要進行對比實驗;

2）由于要通過觀察實驗現象來比較反應的快慢，設計實驗時要考慮實驗現象是否明顯，這樣有利于觀察比較;

3）研究某一種因素對化學反應速率的影響時，還要注意控制其他條件都相同。

2.6 ?實驗方案（見圖1）

2.7 ?實驗演示

溫度、濃度、催化劑、接觸面積對化學反應速率的影響，實驗操作、現象、結論如表1所示。

2.8 ?實驗小結

通過以上探究和NB虛擬實驗的演示，發現影響化學反應速率的因素主要分為兩個方面：一方面是內因，指的是反應物的結構和性質，是決定化學反應速率的主要因素;另一方面是外因，主要包括溫度、反應物的濃度、催化劑、接觸面積等。NB虛擬實驗中清楚地觀察到在其他條件不變的情況下，隨著溫度的升高，化學反應速率加快;溫度降低，化學反應速率減小。在其他條件不變時，增大反應物的濃度，化學反應速率也隨之增大;反之，化學反應速率也隨之減小。使用正催化劑也能使化學反應速率增大，反之減小。增大反應物的接觸面積，化學反應的速率也會增大;減小接觸面積，化學反應速率降低。此外，影響化學反應速率的影響因素還包括壓強、光、超聲波、電磁波、原電池等。

3 ?NB虛擬實驗的挑戰與展望

隨著我國科學和教育的不斷發展，虛擬實驗做得越來越成功，NB虛擬軟件就是具體的表現形式。它可以協助教師給學生進行實驗演示，給學生帶來視覺上的沖擊，讓學生更加清楚地觀察到實驗現象;還可以降低實驗成本，提高實驗的安全性，對于一些高危有毒的實驗，教師通過NB虛擬實驗為學生演示，從而達到更好的實驗效果。

NB虛擬實驗目前在化學領域已經開發的類型有無機實驗、有機實驗、演示實驗、晶體結構四大類型。其中，無機實驗以獨立開發的化學反應引擎、熱力學引擎、粒子引擎、重力引擎為基礎，此外還有豐富的實驗器材、充足的化學藥品，可以完成初高中所需的各種無機實驗;有機實驗主要研究有機物化學反應的類型及反應條件，各種物質之間的合成轉化以及反應機理，幫助學生更好地理解有機化合物的組成、結構、性質、制備方法;演示實驗就是通過3～5分鐘的短視頻，對一些重點實驗進行演示，以短視頻的形式，可以更好地協助教師將知識點講解清楚;晶體結構主要包括3D化展示晶體以及晶胞的各種知識，包含球棍、堆積等多種展現形式，可幫助學生更好地學習晶體相關結構。

盡管NB虛擬實驗的優勢顯而易見，但其在課堂教學中仍然存在一定的挑戰。首先，教師或者學生在NB虛擬實驗操作界面上操作，無法感受到實驗室的真實存在，界面過于平面化。如果NB虛擬實驗能夠更加三維和立體，教師和學生的感受會更加真切。其次，將NB虛擬實驗較多地應用于化學課堂教學，學生的實際實驗操作能力可能會下降。那么，如何利用NB虛擬實驗使教學效果變得更好，還需要一線教師不斷探索。

當前，我國虛擬實驗的發展處于初級階段，NB虛擬實驗亦是如此，但是NB虛擬實驗具有較高的靈活性和創新性，隨著軟件技術和教育體系的發展，NB虛擬實驗必將為未來的化學教學提供更多的可能性。

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