NoBook虛擬實驗室在化學實驗專題復習中的應用

脫曉燕 李奕霖 吳曉紅

摘? 要 實驗專題是化學復習的一個重要部分，在化學高考中占有很大比重。將NoBook虛擬實驗室納入中學化學實驗復習教學中，與傳統的實驗復習教學結合，會對整體化學實驗復習的教學體系產生新的影響。

關鍵詞 高中化學;化學實驗;實驗復習;虛擬實驗室;核心素養;探究性實驗

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）07-0132-03

1 問題的提出

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗既是研究化學的科學方法，也是學習化學的重要手段。高中化學新課標中明確提出培養學生“實驗探究與創新意識”這一核心素養，強調化學課程要重視素養為本的教學，倡導真實情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動。高考中與化學實驗緊密相關的題目所占比重也在逐漸增多。以全國卷為例，不僅第27題通常以一道15分左右的大題形式考查實驗探究，在選擇題中也會涉及一道與實驗操作相關的題目，如選擇合適的氣體除雜方式，選擇正確的實驗裝置圖等。甚至在化學工藝流程題、有機選修題中也會或多或少涉及與實驗相關的內容。因此，實驗專題是化學復習中必不可少的部分。

對于實驗的復習，多數師生采取的形式與其他專題無異，局限在課上教師講授，帶領學生回顧重點實驗的原理、操作、現象等;課下學生參考教輔書進行整理、記憶。這樣的復習方式缺少學生親自動手實踐的過程，既不利于學生的理解記憶，也不利于學生實驗探究、創新、靈活解決問題能力的提高，久而久之，會使學生失去對化學實驗復習的興趣[1-2]。真實的實驗操作受到中學實驗室人數容量、開放時間、藥品種類與數量、實驗室安全等限制，很難滿足學生個性化、多樣化、隨時化的需求。而NoBook虛擬實驗室等線上仿真實驗軟件的出現，可以讓學生利用電子設備虛擬操作實驗，肉眼可觀現象，從而加深對化學知識與實驗操作的理解[3]。因此，對于化學實驗的復習也應尋求更好的方式，將虛擬仿真技術應用到實驗復習中，通過學案、作業等設計，引導學生有針對性地訓練某項實驗技能，從虛擬操作中領會實驗要點，內化相關知識，較好地滿足復習個性化需求。

2 NoBook虛擬實驗室與化學實驗專題復習的結合

NoBook虛擬實驗室（以下簡稱NB）是一款為中學師生打造的化學實驗操作與演示的線上工具。它依托于化學實驗獨有的四大引擎真實模擬實驗反應現象、獲取數據，可供學生像真實實驗一樣自由DIY并任意組裝實驗器材進行線上實驗操作，可視化地得到計算機模擬的實驗現象，將知識形象化、學習場景化。

利用NB復習中學階段基本實驗儀器與操作方法? 實驗室安全以及對化學實驗儀器的正確認識是學生高中階段化學實驗學習的第一課，也是走進化學實驗室的重要基礎。因此，常用儀器的正確使用方法和基本操作是高考考查的熱點之一。對于該考點的考查除了會以選擇題的形式出現外，在物質的制備和化學工藝流程兩個大題中都可能涉及，考查的內容主要有：蒸餾燒瓶、蒸發皿、坩堝、容量瓶、滴定管、分液漏斗、冷凝管等重要儀器的名稱和使用方法;常用裝置的組裝和用途;分離、提純、檢驗，溶液的配制，沉淀的洗滌等基本操作。對于該專題的復習，要學生撒網式熟記常用化學實驗儀器的特點，并且理解性記憶而非機械記憶。

在NB的基礎上，相關復習課形式發生轉變。課上由教師提供儀器名稱，學生操作NB選出對應的實驗儀器（如圖1所示），進行觀察并上臺進行儀器操作演示，回憶總結相關實驗儀器操作知識。課下，學生可以隨時隨地按照此方法自由復習中學常見儀器。中學階段常用實驗儀器在NB中覆蓋完全，師生可以結合軟件對任意儀器進行復習，這樣的復習更具有直觀性，同時避免教師備課時準備真實實驗儀器供學生觀察而耗費時間。

以容量瓶的相關知識復習鞏固為例，教師指定一位學生在NB上查找容量瓶并向全班展示，班級同學觀察、記憶容量瓶的形狀。教師提出問題：“觀察容量瓶，我們可以看到容量瓶上都標有什么？”一部分學生直接回答：“容量瓶上標有溫度、容量和刻度線。”但也有少部分學生因掌握知識不牢而產生疑惑，因此更加細致地觀察儀器。接下來以配置一定濃度的NaCl溶液為例，令學生在NB中選擇所需儀器和藥品進行線上操作，并在此過程中總結容量瓶使用注意事項，完成對容量瓶的相關知識點復習。使用NB將理論知識與實驗操作相結合，可以更好地喚醒學生記憶，增加學生對于儀器使用、實驗操作、實驗步驟的印象。

利用NB復習教材中的重點實驗? 課本中的實驗是高中階段最基本的實驗，是眾多實驗中挑選出來的最具有代表性與教學性的實驗，承擔著幫助學生學習化學新知與新技能的重要責任。因此，高考實驗題大多源于教材中的實驗，實驗考查回歸課本，對于課本中重點實驗的復習也是實驗專題復習必不可少的一部分。在中學對于每個實驗的復習既要遵循教材，也要高于教材，即要挖掘實驗的內涵與外延，可以從實驗原理、裝置原理及操作原理等方面進行拓展復習，培養學生的實驗設計能力以及創新能力。在指定實驗的復習過程中，教師要求學生對該實驗過程及現象進行回顧，并挑選一名學生使用NB完整地操作一遍實驗，其余學生觀察其實驗操作步驟及實驗現象是否正確和完整;然后，教師根據該生的線上操作情況引導全體學生再次回顧實驗流程，并詳細講述重要步驟。相較于傳統實驗復習，其另一巨大優勢是教師也可以針對一些危險的實驗步驟進行試誤，借助線上實驗室模擬錯誤操作后出現的實驗意外現象，可再次強調相關注意事項，更能給學生以警示，使得學生注意實驗操作的正確性及安全性。

以“鈉與水反應的實驗”復習為例，如圖2所示。教師首先要求學生寫出鈉與水反應的化學方程式并回憶實驗現象，然后指派學生上臺在NB上操作演示，讓學生從軟件中選擇出本實驗所需的全部儀器和藥品進行線上操作，其他學生認真觀看實驗操作，并與記憶中的實驗流程進行對比。同時，學生根據軟件呈現的現象檢查自己記憶得是否全面，然后共同分析現象產生的原因，最終總結為五個字：浮、熔、游、響、紅。接著，教師提出問題：“在鈉與水的實驗中，我們需要注意哪些問題？”學生給出答案：“首先，我們應將鈉塊表面的煤油擦干凈;其次，實驗中的鈉塊不宜過大，否則會引起爆炸?！?/p>

教師帶領學生進行實驗試誤，操作NB將一塊直接從煤油里拿出來的一小塊鈉投到加有酚酞溶液的燒杯中，學生觀察到鈉與水劇烈反應時有大量黑煙產生，猜想分析原因后由教師講解：原來黑煙是因為鈉與水反應放出大量的熱量，引燃了沾在鈉表面的煤油而產生的。再次進行試誤，在NB中取出大塊金屬鈉，擦干表面的煤油后不進行切割，直接投入滴有酚酞溶液的燒杯中，不僅出現“浮熔游響紅”現象，還產生爆炸。此時學生真正深刻認識到因為鈉塊太大，在熔化后反應熱繼續聚集，最終將與水反應產生的氫氣引燃，發生爆炸。由此完成對實驗過程、現象、注意事項的復習鞏固，而且在實驗試誤的過程增強了學生對待實驗的正確態度。

利用NB復習探究性實驗? 科學探究是學生必備的品質，實驗探究與創新意識也是學生要發展的一大化學核心素養。因此，在高考中，化學實驗的另一重要考查方向是探究性實驗。探究性實驗的試題綜合性強，理論和實踐聯系緊密，有的還提供一些新的信息，要求考生必須冷靜審題，聯系所學知識和技能進行知識的類比、遷移、重組和全面細致的實驗思考才能正確作答。探究性實驗的復習難度相對較高，如果僅停留在理論上的探究而不讓學生實踐驗證，既會令學生探究的效果減弱，也會使學生逐漸降低實驗探究的興趣。在實驗復習課上，教師準備試劑帶領學生現場探究實驗，既增加了備課的難度，也耗時耗力，耽誤教學進度。利用NB，讓學生根據題目要求和自己的猜想與設計選擇相應的儀器藥品，線上虛擬操作，可以迅速、安全地得到探究結果，幫助學生完成探究性實驗例題，增強實驗探究能力。

以對實驗室制取乙烯并驗證乙烯具有還原性的實驗裝置的典型實驗探究題復習為例，在學案中提供實驗裝置圖：酒精燈對裝有濃硫酸、酒精并放入碎瓷片的圓底燒瓶加熱，連接的導管先通過一個裝有氫氧化鈉溶液的甲裝置，最后通入一個裝有酸性高錳酸鉀溶液的乙試管。讓學生分析裝置甲的作用并選擇合適儀器以及猜想實驗現象。師生在NB中選擇儀器并進行搭建，如圖3所示。學生通過猜想甲裝置的用途，選擇自己心中理想的儀器裝NaOH溶液并與其他裝置連接;在接下來的實驗過程中如果能得到預期的實驗效果，則說明裝置設計正確，否則分析原因并重新選擇。對于實驗現象“燒瓶中的混合物逐漸變黑，乙試管中酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去”，可以通過NB直接顯示出來以驗證猜想是否正確。在深入探討甲裝置的重要性時，教師可以引導學生運用NB再搭建一套不含甲的裝置，并進行實驗來對比結果是否有變化。利用NB，師生在有限的時間內不僅可以快速安全地還原實驗裝置，還能通過具體實驗探究驗證對每步操作、每個裝置的作用和目的進行猜想。學生復習的也不僅僅是這一道題的答案，掌握的是整個與實驗室制取乙烯有關的知識內容，并對其保持深刻的印象。

3 總結

教學實踐表明，在實驗復習中恰當地應用NoBook虛擬實驗室，彌補了在有限的實驗復習時間內學生不能動手實踐的不足，使實驗復習理論結合實踐，既幫助學生完成對實驗知識的構建，也加深了學生對相關內容的理解，方便記憶，在一定程度上提升了學生的實驗操作和探究技能。因此，師生要順應時代發展，充分利用現代信息技術，將傳統實驗復習和化學虛擬實驗軟件有機整合，轉變傳統實驗復習課模式，使得復習課堂煥發活力。■

參考文獻

[1]劉麗君.化學復習課實驗情境創設的思考與實踐[J].中學化學教學參考，2020（14）：79-82.

[2]郭瑞春.讓實驗復習課鮮活起來[J].中學化學教學參考，2020（9）：55-56.

[3]李青.虛擬實驗室在化學實驗教學中的應用與創新[J].教書育人，2019（34）：45.