基于NB 虛擬實驗進行中學化學實驗的試誤教學*
——以“探究原電池的形成條件”為例

禹圓圓 畢淑嫻 趙童 楊婷婷

寧夏大學化學化工學院 銀川 750021

1 研究背景

為積極推進“互聯網+教育”發展，教育部制定了《教育信息化2.0 行動計劃》，提倡將信息技術應用于教學。NB 化學實驗是一款化學虛擬實驗教學軟件，涵蓋中學化學的100 多種實驗設備和200 多種實驗藥物，包含中學全部經典實驗[1]。該虛擬實驗軟件提供與實際實驗操作方法類似的操作體驗，可以幫助學生練習實驗操作或進行探究性實驗，NB 虛擬實驗具備資源共享、綠色化、安全化和可操作性等優點，將其應用于化學教學中，能夠鍛煉學生的實驗探究能力，推動高質量教學的發展[2]。試誤技能是修正學習者的錯誤，推動嘗試的行為方式，主要包括四個要素，如圖1 所示。在試誤教學中，教師鼓勵學生敢于犯錯誤，讓學生大膽嘗試，嘗試后，教師指出具體節點失誤，引導學生回到正確的思維軌道上，得出正確結論。通過試誤教學，可以打破學生思維的局限性，有利于探究性教學的開展。

圖1 試誤技能的構成要素

當前，關于試誤技能在化學中應用的研究很少，且多以理論研究為主，關于試誤教學的具體化學案例寥寥無幾。關于NB 虛擬實驗的文獻和教學案例更是少之又少，無法為NB 虛擬實驗應用于化學具體教學提供案例參考。因此，將NB 虛擬實驗應用于中學化學的試誤教學中，能夠為創新性教學提供思路。并且，在該教學過程中，能夠強化正確知識，修正錯誤觀點，最大限度地讓學生深刻認識知識內容，吸引學生興趣，拓展學生思維，鍛煉學生的實驗素質，提升學生的實驗探究能力。

2 設計思路及亮點

原電池是化學必修2 第二章第二節化學能與電能部分的知識內容，是電化學的重要知識[3]。基于NB 虛擬實驗，以“探究原電池的形成條件”為課題進行試誤教學，對由學生嘗試的三次探究性實驗進行歸納分析，分別得出形成原電池的三個必備條件。在此試誤過程中，教師扮演指導者和組織者，學生是探究實驗的主體，通過不斷試誤，不斷修正錯誤，最終發現知識，獲取知識。在課程總結后，教師讓學生利用NB 虛擬實驗基于所學知識再次練習，加深學生對于知識的深刻理解與掌握。最后，教師讓學生聯系生活，設計具有創造性的原電池。這一過程不僅是對學生所掌握的知識的鞏固，而且能夠引起學生極大的學習興趣，讓學生熱愛化學，明白化學源于生活，又服務生活的真諦。

3 教學目標

3.1 知識與技能

知道原電池是利用氧化還原反應將化學能轉為電能的裝置，掌握構成原電池的形成條件。

3.2 過程與方法

通過利用NB 虛擬實驗技術進行試誤教學，提高學生觀察、分析和問題探究能力，讓學生在自主探究的過程中獲取新知。

3.3 情感態度與價值觀

通過利用NB 虛擬實驗進行探究性實驗，讓學生真實感受到科學探究的艱辛與喜悅，培養學生的科學意識和社會責任感。通過試誤教學，激發學生膽量，給予學生自信，讓學生敢于犯錯誤，敢于修正錯誤，敢于在嘗試中探索新知，以此培養學生的科學探究精神。

4 教學過程

環節一：生活情境，引入課題

【情境】隨著科學技術和社會的發展，各式各樣的電器進入我們的生活，比如電腦、電視、手機等電子設備。而這些電子設備的使用離不開電，那電從何而來呢？

【講述】一次能源是直接從自然界取得的能源，如太陽能、風能、石油等。一次化學能源經過一系列的加工轉化，最終轉化為電能，其轉化過程如圖2 所示。

圖2 轉化過程

燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，它是使化學能轉化為電能的關鍵，氧化還原反應的實質是氧化劑與還原劑之間發生了電子轉移。設計使該電子轉移過程形成定向移動的電子流，可直接將化學能轉化為電能。

環節二：探究原電池的形成條件

【設疑】如何使氧化還原過程中的電子定向移動產生電流呢？

【教師】介紹NB 虛擬實驗及操作方法，學生根據NB 實驗提供的儀器和試劑進行實驗。

【學生實驗】學生親自嘗試設計實驗，目的是讓實驗中產生定向電流。第一組實驗探究的情況如表1 所示。

表1 實驗探究一：不同電極對電流產生的影響

【設計意圖】該教學環節中，教師應用試誤技能的“推動嘗試”技能要素，讓學生自己動手嘗試學習，引導學生主動嘗試錯誤，及時糾正錯誤，最終獲得正確知識，即原電池的形成條件之一是需具備活潑性不同的兩個電極。讓學生在獲得知識的同時，體驗成功的喜悅，增強化學學習的信心。使用NB 虛擬實驗設備進行探究性教學有利于考查學生基礎知識是否扎實，思維邏輯是否嚴密，實驗操作技能是否合格。

【學生實驗】第二組學生嘗試實驗探究情況如表2 所示。

表2 實驗探究二：電解質溶液對電流產生的影響

【設計意圖】通過探究一的學習，學生大膽嘗試，更換不同溶液發現并不是所有裝置都有電流產生，以此展開原電池構成溶液的探究，最終發現只有電解質溶液才能使裝置產生電流，且強電解質中的指針偏轉大，產生電流強；弱電解質中的指針偏轉小，產生電流弱。在這一環節中，教師主動設計“陷阱”，讓學生放心去嘗試時，發現沒有電流產生，這時引導學生借助之前學過的電解質和非電解質以及強電解質和弱電解質的相關知識并結合所選用的試劑不同對上述實驗進行分析，最終發現，出現以上現象的原因是燒杯中溶液的導電能力存在差異，電解質溶液可以導電（H2SO4是強電解質，H2O是弱電解質），相較而言，強電解質的導電能力強、弱電解質的導電能力弱，而非電解質溶液不能導電（CH3COOH 是非電解質）。

通過嘗試，學生發現了形成原電池需具備的另一條件，即需要電解質溶液。這一過程中，考查學生對于電解質的相關知識掌握情況，對于知識掌握程度弱的學生，教師要及時地引導和啟發，幫助他們獲取正確的知識。

【學生實驗】第三組實驗探究情況如表3 所示。

表3 實驗探究三：閉合回路對電流產生的影響

【設計意圖】在該探究過程中，有的學生將兩電極分別插入兩個稀硫酸溶液中，發現沒有電流，然后又嘗試插入鹽橋，發現電流計的指針偏轉，說明有電流產生。在該環節中，學生敢于嘗試，不拘一格，發現了鹽橋的用途，通過思考探究得出形成原電池的又一條件，即需形成閉合回路。此時，教師對學生作出及時的肯定性評價，增強學生探究性學習的自信心，讓學生更加積極主動地探索新知識，學習化學知識。

可見，基于NB 虛擬實驗進行試誤教學是信息技術與試誤技能的完美融合，有利于學生探索獲取新知，能夠提升學生的創新意識和科學探究能力。

環節三：教師總結，學生回顧練習

【講解】讓學生利用化學反應設計實驗裝置創造電流，發現部分學生的實驗裝置中產生了電流，說明該實驗裝置將化學能轉化成了電能。

1）原電池：化學能轉化為電能的裝置。

【講解】通過上述三組探究性實驗，發現實驗裝置產生電流，形成原電池，需具備以下四個條件。

2）原電池形成條件

①兩種活潑性不同的金屬（或一種是能導電的非金屬如碳棒）作電極；②電解質溶液；③閉合回路；④能自發地進行氧化還原反應。

【學生】學生基于氧化還原反應角度理解原電池的形成條件，并自行練習上述實驗。

【設計意圖】教師及時對所學內容進行歸納整理，有利于學生清晰原電池的形成條件，深刻理解該部分的知識內容。同時，使用NB 虛擬實驗軟件讓學生對上述實驗進行練習，加深學生對于知識內容的理解與記憶，鍛煉學生的化學實驗操作技能，讓學生學會必備知識與關鍵技能。

環節四：課后任務，自制原電池

【教師活動】組織學生利用NB 虛擬實驗軟件自行設計富有創意的原電池，教師巡視、指導學生實驗。

【學生活動】學生設計創意原電池，在第一個實驗中，學生采用蘋果充當電解質溶液，插入鋅、銅電極，用導線連接電極和電流計，觀察到有電流產生。在第二個實驗中，學生將電流計換成了小電動機，可以觀察到，當線路連接完整時，小電動機的風扇轉動。在第三個實驗中，學生將電流計換成了小燈泡，可以觀察到，當線路連接完整時，小燈泡亮了。

【設計意圖】注重學生能力的培養，讓學生將本節課所學知識學以致用，重視學生創造力的培養，讓學生從生活事物出發，發現化學，感知化學，創造化學[4]。這有利于激發對于化學的熱愛，讓學生在學習化學知識的同時，感受化學無處不在的神奇魅力。

5 結論

5.1 基于真實化學實驗限制，靈活使用NB虛擬實驗

NB 化學實驗利用云平臺，實現了師生之間的資源共享，實現了知識和經驗的交流與探究。在NB 化學虛擬實驗室環境中，不用擔心藥品的浪費與實驗的危險性。利用NB 化學實驗器材庫中的器材可以自由操作、練習、嘗試或搭建合理的實驗，還可以感受“真實的”化學實驗情境，讓學生隨時隨地感受化學實驗帶來的樂趣，寓教于樂。

5.2 使用試誤技能嘗試教學，主動引導學生走出誤區

使用試誤技能進行教學，教師在設計“陷阱”時，要設想可能會出現的情況，并制定應對策略，以幫助學生快速高效地跳出陷阱，達到教學目標。在學生認識到錯誤后，教師一定要給出準確答案并進行概念強化，否則，會讓學生對正確答案印象不深，對錯誤答案念念不忘。教師使用試誤技能進行教學，應以鼓勵和肯定的評價為主，讓學生不怕犯錯誤，勇敢嘗試，培養學生的科學探究能力。

5.3 基于NB 虛擬實驗進行試誤教學，創新化學教學形式

試誤技能和NB 虛擬實驗都有利于探究性實驗的開展，利用各自的優勢和特點進行化學實驗探究教學，能夠加深學生對于原電池的形成條件知識內容的深刻理解，且有利于學生掌握基本的化學實驗操作。在教學時，教師引導學生充分參與到探究環節中，讓學生通過自主探索、積極嘗試、歸納結論、嘗試驗證等一系列的流程最終獲取新知，并對知識內容形成長久的印象。這一探究性的學習過程能夠鍛煉學生的觀察學習能力、發現學習能力以及動手操作能力，且這種鼓勵學生大膽嘗試的教學方式有利于學生發散思維的形成，幫助學生學會創新、學會學習，以此促進學生創新意識和科學探究能力的發展。