虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探究

摘 要：在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村信息化教學(xué)依然停留在課件、網(wǎng)絡(luò)視頻、動畫的使用中，忽視了虛擬仿真技術(shù)在初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用，在很大程度上制約了實驗教學(xué)效果.鑒于此，文章結(jié)合初中化學(xué)實驗教學(xué)實踐，分析了NOBOOK虛擬技術(shù)在農(nóng)村化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用價值和具體策略.

關(guān)鍵詞：虛擬實驗；農(nóng)村初中；化學(xué)實驗；初中化學(xué)

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)一級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

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

在《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出了“實驗主題”，肯定了化學(xué)教學(xué)的重要性，并對其提出了明確的教學(xué)要求，即：鍛煉學(xué)生的知識技能、問題解決、科學(xué)探究素養(yǎng)，旨在借助化學(xué)實驗這一載體，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng).但是針對農(nóng)村初中來說，由于缺乏必要的化學(xué)實驗教學(xué)器材、實驗教學(xué)設(shè)備滯后等，致使部分化學(xué)實驗難以正常開展，基本上都是通過“口述講解”的方式進(jìn)行.在這種低效化的實驗教學(xué)模式下，不僅浪費(fèi)了課堂時間，學(xué)生也難以在實驗操作和探究學(xué)習(xí)中，獲得自身全面發(fā)展.鑒于此，唯有迎合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教育發(fā)展趨勢，充分發(fā)揮虛擬技術(shù)，將其與實驗教學(xué)整合到一起，充分發(fā)揮虛擬實驗的教育價值.

1 農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀研究

1.1 師生重視態(tài)度不夠

一方面，從學(xué)生的角度上來說，農(nóng)村初中生雖然認(rèn)為實驗操作非常有趣，但其對待實驗的態(tài)度卻非常隨意，也沒有養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣；另一方面，從農(nóng)村化學(xué)教師的層面上來說，在化學(xué)實驗教學(xué)中，教師作為引導(dǎo)者、組織者，教師自身的觀念直接影響了實驗教學(xué)的效果.但有些農(nóng)村化學(xué)教師依然認(rèn)為化學(xué)實驗與學(xué)生成績關(guān)聯(lián)不大，常常將教學(xué)重點(diǎn)集中在化學(xué)理論知識教學(xué)中，肆意壓縮實驗教學(xué)課時.

1.2 實驗教學(xué)方式單一

在新課程背景下，要求教師在開展實驗教學(xué)時，應(yīng)遵循“生本理念”的原則，結(jié)合不同的實驗教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的實際需求等，靈活開展實驗教學(xué).但針對農(nóng)村化學(xué)實驗教學(xué)來說，教師常常忽視化學(xué)實驗教學(xué)方法的研究，基本上都是以教材為依據(jù)，借助演示、口述的方式進(jìn)行教學(xué).在這種一成不變的實驗教學(xué)模式下，致使學(xué)生的參與程度比較低，無法借助化學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

1.3 學(xué)校缺乏必備的實驗資源

對農(nóng)村初中來說，還存在明顯的實驗資源短缺現(xiàn)象：化學(xué)實驗室常常只有一兩個；在進(jìn)行化學(xué)實驗的時候，學(xué)生無法單獨(dú)操作，只能以小組的形式開展；同時，初中化學(xué)實驗學(xué)習(xí)中的相關(guān)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(dǎo)致其后期無法滿足當(dāng)前的實驗教學(xué)要求；還有的農(nóng)村學(xué)校缺乏必要的實驗資源，導(dǎo)致只能通過“口頭講解”的方式進(jìn)行教學(xué).可以說，短缺的實驗資源，嚴(yán)重制約了初中化學(xué)實驗教學(xué)效果.

1.4 農(nóng)村化學(xué)實驗教學(xué)評價體系不夠完善

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，教師在農(nóng)村實驗教學(xué)評價時，只關(guān)注學(xué)生的實驗結(jié)果，忽視了學(xué)生在化學(xué)實驗探究過程.在這種片面的實驗教學(xué)評價模式下，致使化學(xué)實驗評價功能大打折扣，嚴(yán)重制約了化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量^[1].

2 虛擬仿真實驗概述

伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)開始應(yīng)用到課堂教學(xué)中，并取得了顯著的應(yīng)用價值.虛擬仿真實驗以人工智能和虛擬環(huán)境相結(jié)合的技術(shù)，充分借助多媒體技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真技術(shù)等，在計算機(jī)的終端上營造出一個虛擬且可視化的實驗操作環(huán)境.在大量的虛擬實驗教學(xué)平臺中，農(nóng)村中學(xué)在實施化學(xué)虛擬實驗教學(xué)時，就可以借助NOBOOK虛擬實驗平臺，由于其獲取非常簡單，農(nóng)村學(xué)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(xué)軟件中也囊括了人教版初中化學(xué)中涉及到的化學(xué)實驗，教師可結(jié)合自己的教學(xué)需求，在這一平臺上靈活設(shè)計實驗教學(xué)方案.

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

3 虛擬實驗在農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)中的具體運(yùn)用

3.1 基于虛擬實驗優(yōu)化實驗預(yù)習(xí)

實驗教學(xué)作為初中化學(xué)教學(xué)的重要組成，也需要提前進(jìn)行預(yù)習(xí).在優(yōu)化農(nóng)村化學(xué)實驗教學(xué)時，就可充分利用虛擬實驗為學(xué)生提供一個更加真實、安全的實驗操作環(huán)境，使學(xué)生在直觀感知下，熟悉實驗操作步驟，掌握化學(xué)實驗基本操作方法，等等，為后面真實的實驗操作學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)，真正提升初中化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的有效性.例如，在“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”實驗預(yù)習(xí)教學(xué)中，就引導(dǎo)學(xué)生通過預(yù)習(xí)，掌握相關(guān)的實驗儀器，明確基本的實驗步驟，依次選擇實驗儀器進(jìn)行溶解、過濾、蒸發(fā)、計算產(chǎn)率等.在這一實驗預(yù)習(xí)要求中，如果單純地按照傳統(tǒng)的課本預(yù)習(xí)方式，很難達(dá)到這一效果.鑒于此，就可充分發(fā)揮NOBOOK虛擬實驗平臺的優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生在實驗視頻的反復(fù)觀看中，高效達(dá)成既定的預(yù)習(xí)目標(biāo).也調(diào)動了學(xué)生的多重感官，喚醒了學(xué)生課前預(yù)習(xí)的興趣.之后，在具體的實驗課堂教學(xué)中，由于學(xué)生在虛擬實驗學(xué)習(xí)中已經(jīng)基本上掌握了實驗操作的現(xiàn)狀，就可結(jié)合實驗內(nèi)容，為學(xué)生設(shè)計一定的問題，如：在溶解、過濾、蒸發(fā)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(chǎn)率產(chǎn)生影響？接著，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)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(xué)習(xí)，真正落實學(xué)科素養(yǎng)下的教學(xué)要求^[3].

3.2 基于復(fù)雜問題實驗化強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果

在初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生常常會面臨一些復(fù)雜的知識點(diǎn).面對這一現(xiàn)狀，在優(yōu)化重難點(diǎn)教學(xué)時，就應(yīng)充分發(fā)揮NOBOOK虛擬實驗平臺的價值，將復(fù)雜的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化成為化學(xué)實驗，將難以理解的化學(xué)現(xiàn)象可視化，在快速吸引學(xué)生注意力的基礎(chǔ)上，促進(jìn)知識的內(nèi)化和理解.例如，在“探究鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)后成分的分析”教學(xué)中，由于初中生缺乏想象力，易于接受宏觀的感性認(rèn)識，在學(xué)習(xí)中常常面臨著較大的困難.面對這一現(xiàn)狀，就可充分發(fā)揮NOBOOK虛擬實驗平臺的交互性、可操作性等特點(diǎn)，將這一復(fù)雜的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化為形象的化學(xué)實驗：先在儀器庫中選擇相關(guān)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(dǎo)學(xué)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(yīng)，則溶質(zhì)中就會生成氯化鈉；如果化學(xué)反應(yīng)之后酸過量，那么燒杯溶質(zhì)中就會有氯化鈉和鹽酸.圍繞學(xué)生推論出來的結(jié)果，再次指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，確定出最終的驗證方法，即：運(yùn)用大理石或者活潑金屬對溶液中是否有鹽酸進(jìn)行驗證，并運(yùn)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(yīng)用，將復(fù)雜的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化成為化學(xué)實驗，使學(xué)生在可視化的學(xué)習(xí)中，加深了知識的理解，真正提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果^[4].

3.3 基于虛擬實驗避免安全隱患

從化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)上來說，在具體的實驗教學(xué)中，部分實驗中涉及到了易爆易燃?xì)怏w、生成物有毒有害等.面對這些極具危害性的化學(xué)實驗，以往教師基本上都是采用講解的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)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(xué)的化學(xué)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(jìn)行模擬，在避免安全隱患的同時，達(dá)到實驗教學(xué)的目的.例如，在“一氧化碳還原氧化鐵”實驗教學(xué)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(xué)；另外，在這一實驗中，如果沒有將裝置中的空氣排出，在點(diǎn)燃酒精燈、通入一氧化碳的時候，就會出現(xiàn)真實的爆炸現(xiàn)象；在實驗操作完成之后，如果同時關(guān)閉酒精燈，停止通氣，就會出現(xiàn)液體導(dǎo)流的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致玻璃試管被炸裂.這些現(xiàn)象均是由于操作不夠規(guī)范造成的，而這些操作要點(diǎn)又極容易被學(xué)生忽視.面對這一現(xiàn)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(xué)習(xí)中達(dá)到預(yù)期的效果.

3.4 整合相關(guān)知識，優(yōu)化實驗復(fù)習(xí)

化學(xué)學(xué)科知識點(diǎn)繁多、內(nèi)容復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，常常出現(xiàn)遺忘的現(xiàn)象.鑒于此，在化學(xué)實驗教學(xué)中，非常有必要帶領(lǐng)學(xué)生開展復(fù)習(xí)，使學(xué)生在復(fù)習(xí)中形成系統(tǒng)化的知識體系.此時，就可充分采用NOBOOK虛擬實驗平臺，將所學(xué)的實驗教學(xué)視頻整合起來，以專題的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，使學(xué)生在直觀的觀看中，對所學(xué)的知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)、整合等，最終完成化學(xué)實驗的高效復(fù)習(xí).例如，在“氧氣及其性質(zhì)復(fù)習(xí)”教學(xué)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(yīng)”進(jìn)行整合，形成復(fù)習(xí)視頻.引導(dǎo)學(xué)生們在回憶復(fù)習(xí)中掌握相關(guān)實驗的操作步驟，明確實驗注意事項和誤差分析，使得學(xué)生在復(fù)習(xí)中思考提出的實驗問題.如此，通過NOBOOK虛擬實驗平臺在復(fù)習(xí)中的應(yīng)用，可將多個化學(xué)實驗進(jìn)行整合、再現(xiàn)到學(xué)生面前，使學(xué)生在一次次的反復(fù)復(fù)習(xí)中，通過歸納、思考和總結(jié)等，真正實現(xiàn)相關(guān)知識的理解和內(nèi)化，高效達(dá)成了既定的復(fù)習(xí)目標(biāo)^[5].

綜上所述，實驗教學(xué)舉足輕重，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的重任.但是針對農(nóng)村學(xué)校而言，受到多種因素的制約，化學(xué)實驗教學(xué)效果不甚理想，制約了化學(xué)實驗的教育價值.唯有充分發(fā)揮虛擬實驗的教學(xué)價值，結(jié)合實驗教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的實際情況等，將其科學(xué)、合理地融入到實驗教學(xué)中，才能改善農(nóng)村初中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀，提升實驗教學(xué)效果.

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[責(zé)任編輯：季春陽]