虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的應用探究

摘 要：在調查中發現，農村信息化教學依然停留在課件、網絡視頻、動畫的使用中，忽視了虛擬仿真技術在初中化學實驗教學中的應用，在很大程度上制約了實驗教學效果.鑒于此，文章結合初中化學實驗教學實踐，分析了NOBOOK虛擬技術在農村化學實驗教學中的應用價值和具體策略.

關鍵詞：虛擬實驗；農村初中；化學實驗；初中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）29-0119-03

收稿日期：2023-07-15

作者簡介：柏志軍（1978.8-），男，甘肅省徽縣人，中小學一級教師，從事初中化學教學研究.

基金項目：本文系甘肅省教育科學“十四五”規劃2022年度一般課題“虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的應用探究”的階段性研究成果（課題立項號：GS[2022]GHB0855）

在《義務教育化學課程標準》中明確提出了“實驗主題”，肯定了化學教學的重要性，并對其提出了明確的教學要求，即：鍛煉學生的知識技能、問題解決、科學探究素養，旨在借助化學實驗這一載體，培養和發展學生的化學核心素養.但是針對農村初中來說，由于缺乏必要的化學實驗教學器材、實驗教學設備滯后等，致使部分化學實驗難以正常開展，基本上都是通過“口述講解”的方式進行.在這種低效化的實驗教學模式下，不僅浪費了課堂時間，學生也難以在實驗操作和探究學習中，獲得自身全面發展.鑒于此，唯有迎合“互聯網+教育”的教育發展趨勢，充分發揮虛擬技術，將其與實驗教學整合到一起，充分發揮虛擬實驗的教育價值.

1 農村初中化學實驗教學現狀研究

1.1 師生重視態度不夠

一方面，從學生的角度上來說，農村初中生雖然認為實驗操作非常有趣，但其對待實驗的態度卻非常隨意，也沒有養成良好的實驗習慣；另一方面，從農村化學教師的層面上來說，在化學實驗教學中，教師作為引導者、組織者，教師自身的觀念直接影響了實驗教學的效果.但有些農村化學教師依然認為化學實驗與學生成績關聯不大，常常將教學重點集中在化學理論知識教學中，肆意壓縮實驗教學課時.

1.2 實驗教學方式單一

在新課程背景下，要求教師在開展實驗教學時，應遵循“生本理念”的原則，結合不同的實驗教學內容、學生的實際需求等，靈活開展實驗教學.但針對農村化學實驗教學來說，教師常常忽視化學實驗教學方法的研究，基本上都是以教材為依據，借助演示、口述的方式進行教學.在這種一成不變的實驗教學模式下，致使學生的參與程度比較低，無法借助化學實驗培養學生的學科核心素養.

1.3 學校缺乏必備的實驗資源

對農村初中來說，還存在明顯的實驗資源短缺現象：化學實驗室常常只有一兩個；在進行化學實驗的時候，學生無法單獨操作，只能以小組的形式開展；同時，初中化學實驗學習中的相關儀器、藥品更新周期相對比較長，伴隨著使用過程中的耗損，導致其后期無法滿足當前的實驗教學要求；還有的農村學校缺乏必要的實驗資源，導致只能通過“口頭講解”的方式進行教學.可以說，短缺的實驗資源，嚴重制約了初中化學實驗教學效果.

1.4 農村化學實驗教學評價體系不夠完善

在調查中發現，教師在農村實驗教學評價時，只關注學生的實驗結果，忽視了學生在化學實驗探究過程.在這種片面的實驗教學評價模式下，致使化學實驗評價功能大打折扣，嚴重制約了化學實驗教學質量^[1].

2 虛擬仿真實驗概述

伴隨著信息技術的發展，虛擬仿真技術開始應用到課堂教學中，并取得了顯著的應用價值.虛擬仿真實驗以人工智能和虛擬環境相結合的技術，充分借助多媒體技術、信息網絡、虛擬仿真技術等，在計算機的終端上營造出一個虛擬且可視化的實驗操作環境.在大量的虛擬實驗教學平臺中，農村中學在實施化學虛擬實驗教學時，就可以借助NOBOOK虛擬實驗平臺，由于其獲取非常簡單，農村學校在已有的條件下，通過下載和安裝即可使用，并且該虛擬實驗教學軟件中也囊括了人教版初中化學中涉及到的化學實驗，教師可結合自己的教學需求，在這一平臺上靈活設計實驗教學方案.

NOBOOK虛擬實驗平臺極具交互性，將其應用到初中化學實驗教學中，對學生的多重感官進行了刺激，最大限度喚醒了學生的化學實驗激情，使其積極主動參與到實驗學習中；NOBOOK虛擬實驗平臺的應用，使化學實驗教學突破了時空的限制，每一位學生在家庭中都能完成實驗學習，直到熟練掌握相關的操作技能；NOBOOK虛擬實驗極具安全性，能夠避免學生在實驗操作中，因為操作錯誤、實驗不規范等帶來的安全隱患，還能將一些具備安全隱患的化學實驗呈現在學生面前，最終達到實驗教學的效果；NOBOOK虛擬實驗平臺可幫助學生進行反復實驗，極大地降低了學生的實驗成本，提升了實驗教學效果^[2].

3 虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的具體運用

3.1 基于虛擬實驗優化實驗預習

實驗教學作為初中化學教學的重要組成，也需要提前進行預習.在優化農村化學實驗教學時，就可充分利用虛擬實驗為學生提供一個更加真實、安全的實驗操作環境，使學生在直觀感知下，熟悉實驗操作步驟，掌握化學實驗基本操作方法，等等，為后面真實的實驗操作學習奠定堅實的基礎，真正提升初中化學實驗學習的有效性.例如，在“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗預習教學中，就引導學生通過預習，掌握相關的實驗儀器，明確基本的實驗步驟，依次選擇實驗儀器進行溶解、過濾、蒸發、計算產率等.在這一實驗預習要求中，如果單純地按照傳統的課本預習方式，很難達到這一效果.鑒于此，就可充分發揮NOBOOK虛擬實驗平臺的優勢，引導學生在實驗視頻的反復觀看中，高效達成既定的預習目標.也調動了學生的多重感官，喚醒了學生課前預習的興趣.之后，在具體的實驗課堂教學中，由于學生在虛擬實驗學習中已經基本上掌握了實驗操作的現狀，就可結合實驗內容，為學生設計一定的問題，如：在溶解、過濾、蒸發過程中，玻璃棒有什么作用？在實驗操作中，哪些實驗操作會對精鹽的產率產生影響？接著，引導學生結合真實的實驗操作、觀察、思考和討論等，在解決問題的過程中，完成實驗的高效學習，真正落實學科素養下的教學要求^[3].

3.2 基于復雜問題實驗化強化學習效果

在初中化學學習中，學生常常會面臨一些復雜的知識點.面對這一現狀，在優化重難點教學時，就應充分發揮NOBOOK虛擬實驗平臺的價值，將復雜的化學問題轉化成為化學實驗，將難以理解的化學現象可視化，在快速吸引學生注意力的基礎上，促進知識的內化和理解.例如，在“探究鹽酸和氫氧化鈉溶液反應后成分的分析”教學中，由于初中生缺乏想象力，易于接受宏觀的感性認識，在學習中常常面臨著較大的困難.面對這一現狀，就可充分發揮NOBOOK虛擬實驗平臺的交互性、可操作性等特點，將這一復雜的化學問題轉化為形象的化學實驗：先在儀器庫中選擇相關的實驗器材和藥品，再向燒杯中列入少量的氫氧化鈉溶液，并在其中加入幾滴酚酞試劑.之后，又向燒杯中加入一定量的稀鹽酸，最終得到了無色的溶液.然后，圍繞這一專題引導學生展開討論、分析燒杯中無色溶液的可能情況：若燒杯中溶液酸堿恰好完全反應，則溶質中就會生成氯化鈉；如果化學反應之后酸過量，那么燒杯溶質中就會有氯化鈉和鹽酸.圍繞學生推論出來的結果，再次指導學生進行思考和討論，確定出最終的驗證方法，即：運用大理石或者活潑金屬對溶液中是否有鹽酸進行驗證，并運用NOBOOK虛擬實驗平臺開展實驗.如此一來，通過NOBOOK虛擬實驗平臺的應用，將復雜的化學問題轉化成為化學實驗，使學生在可視化的學習中，加深了知識的理解，真正提升了學生的學習效果^[4].

3.3 基于虛擬實驗避免安全隱患

從化學學科的特點上來說，在具體的實驗教學中，部分實驗中涉及到了易爆易燃氣體、生成物有毒有害等.面對這些極具危害性的化學實驗，以往教師基本上都是采用講解的方式進行教學，學生無法從中獲得真實的感受，難以形成深刻的理解，致使所學的化學實驗知識只停留于死記硬背的層面中.鑒于此，就可充分利用NOBOOK虛擬實驗平臺進行模擬，在避免安全隱患的同時，達到實驗教學的目的.例如，在“一氧化碳還原氧化鐵”實驗教學中，由于該實驗中一氧化碳具備一定的安全隱患，可借助虛擬實驗平臺，以視頻演示的方式完成實驗教學；另外，在這一實驗中，如果沒有將裝置中的空氣排出，在點燃酒精燈、通入一氧化碳的時候，就會出現真實的爆炸現象；在實驗操作完成之后，如果同時關閉酒精燈，停止通氣，就會出現液體導流的現象，進而導致玻璃試管被炸裂.這些現象均是由于操作不夠規范造成的，而這些操作要點又極容易被學生忽視.面對這一現狀，唯有借助NOBOOK虛擬實驗平臺才能避免安全隱患，并在虛擬實驗學習中達到預期的效果.

3.4 整合相關知識，優化實驗復習

化學學科知識點繁多、內容復雜，學生在學習的過程中，常常出現遺忘的現象.鑒于此，在化學實驗教學中，非常有必要帶領學生開展復習，使學生在復習中形成系統化的知識體系.此時，就可充分采用NOBOOK虛擬實驗平臺，將所學的實驗教學視頻整合起來，以專題的形式引導學生進行復習，使學生在直觀的觀看中，對所學的知識進行關聯、整合等，最終完成化學實驗的高效復習.例如，在“氧氣及其性質復習”教學中，借助虛擬實驗平臺，將“實驗室制取氧氣”“氧氣與木炭、硫粉、鐵絲的反應”進行整合，形成復習視頻.引導學生們在回憶復習中掌握相關實驗的操作步驟，明確實驗注意事項和誤差分析，使得學生在復習中思考提出的實驗問題.如此，通過NOBOOK虛擬實驗平臺在復習中的應用，可將多個化學實驗進行整合、再現到學生面前，使學生在一次次的反復復習中，通過歸納、思考和總結等，真正實現相關知識的理解和內化，高效達成了既定的復習目標^[5].

綜上所述，實驗教學舉足輕重，承擔著培養學生學科素養的重任.但是針對農村學校而言，受到多種因素的制約，化學實驗教學效果不甚理想，制約了化學實驗的教育價值.唯有充分發揮虛擬實驗的教學價值，結合實驗教學內容、學生的實際情況等，將其科學、合理地融入到實驗教學中，才能改善農村初中化學實驗教學現狀，提升實驗教學效果.

參考文獻：

[1] 趙彬.試論思維導圖在小學中年段語文閱讀教學中的運用[J].遼寧教育，2022（15）：59-64.

[2] 蘇敏，陶倩.思維導圖在小學語文閱讀教學中的應用研究[J].重慶第二師范學院學報，2021，34（2）：82-87.

[3] 陳春燕.初中化學“虛擬實驗”教學實踐應用路徑探究[J].數理化解題研究，2022（14）：128-130.

[4] 張天偉.虛擬實驗在初中化學實驗教學中的應用[J].西部素質教育，2020，6（1）：139.

[5] 何萍芬.談虛擬實驗在農村初中化學實驗教學中的應用[J].中學課程輔導（教學研究），2019，13（2）：177.

[責任編輯：季春陽]