NB虚拟仿真软件在化学实验教学的应用

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摘要:nb虚拟仿真实验室是以虚拟仿真技术为核心，结合多媒体技术、图形图像学以及专业理论知识来构建实验模拟训练的系统，主要在计算机软件中以动画视频的形式呈现。文中从宏观角度阐述NB虚拟仿真实验室在中学化学实验教学的课前预习、课堂教学、课后预习中的应用，明确NB虚拟仿真软件对调动学生学习化学实验积极性、培养学生自主学习能力和科学探究能力的重要影响。

关键词:NB虚拟仿真实验室;化学实验教学

一、前言

NB虚拟仿真实验室是一款为初高中教师和学生打造的实验教学及学习工具，包含初中77个、高中139个实验资源供学生练习。除此之外，该软件中还设计了化学实验仪器库、实验药品库，囊括了中学化学实验中能用到的所有仪器和药品。因此，通过该软件能够实现学生自主设计实验，组装实验仪器并进行实验。在中学化学中，有一部分实验有毒或者在操作过程中存在一定危险。这也是这部分实验在中学化学教学中难以开展的原因之一。如果将NB虚拟仿真软件融入到这些有毒、有危险的化学实验中进行有效教学，能够在很大程度上打破这些实验在教学中的局限性，对激发学生学习化学实验的兴趣，培养学生的自主学习能力，促进学生科学探究和创新素养的发展都有会产生有利影响。下面将以氯气的相关实验为例，阐述如何在具有一定危险的化学实验教学中应用NB虚拟仿真软件。

二、NB虚拟仿真实验室在教学中的应用策略

(一)课前有效预习调动学生积极性，为课堂教学奠定扎实基础

首先，教师根据教学内容设计任务单。任务单一方面让学生清楚预习要做的工作，包括熟悉实验原理和相关操作，另一方面引导学生对所学实验有进一步思考。因此，在任务单里不要设计太多的问题让学生感到负担，而是以开放性问题为主，以期了解每个学生真实的预习情况。学生根据任务单以及课本中相关知识在课前利用NB软件进行操作。学生在“精品资料”库中找到氯气与金属反应、与氢气反应的实验进行操作练习，很快就能熟悉这些实验所用到的药品和仪器。达到引导学生掌握实验原理与实验基本操作的目的。另外值得一提的是，该仿真软件能够呈现逼真的实验现象［1］，如反应的声音、反应的颜色变化，操作错误也会观察到相应的现象。图1所示为氯气与铜、铁、钠及氢气的操作过程。这在一定程度上给学生真实实验的体验，从而激发学生学习化学实验的兴趣。氯气与铜、铁以及氢气的反应装置都比较简单，学生很容易就能掌握操作过程。氯气与钠的反应还涉及实验前钠块的处理，学生需要对金属钠的相关性质进行复习。而且氯气与钠的反应相对其他几个较为复杂，操作的过程也存在差异。在摸索实验操作的过程中能够促使学生思考产生这种差异的原因。通过课前使用NB虚拟仿真软件，学生对接下来要学习的实验内容有初步的了解，对实验中涉及的旧知识进行复习，提出新实验中存在的问题，为课上学习新实验的相关知识奠定扎实的基础。

(二)课上打破以教师讲授为主的教学模式，创设以学生为主的教学环境

进入课堂后的教学，主要以学生分享对任务单中问题的理解为主，因此教师需要尽可能给予学生充分的时间和空间进行交流。首先，随机选取学生用虚拟软件进行实验操作，操作结束后请其他学生进行点评，以此来检验学生的预习情况。这一步主要是交流讨论实验原理以及实验操作的规范性，引导学生掌握化学实验的基本知识和基本操作。其次，引导学生通过实验总结氯气的相关性质，以达到提升学生提取信息、归纳总结能力的目的。如通过对比铁丝分别和氧气、氯气反应的现象、产物，结合学生已有的氧化还原的相关知识，引导学生总结氧气与氯气氧化性的强弱关系。第三，学生分享自己在预习过程中遇到的问题。大部分学生解答问题的能力很强，但发现问题的能力很薄弱。而发现一个有价值的问题往往比解决这个问题更有意义，所以希望通过这样的方式培养学生善于发现问题、发现有意义问题的能力。最后，引导学生发现虚拟仿真软件的优缺点。如在上述有关氯气的实验中，虚拟仿真软件能够在保证安全的情况下呈现逼真的实验现象，但是金属与氯气反应生成“烟”和氢气与氯气反应生成“雾”的现象并不明显。任何事物都有两面性，虚拟仿真软件能够在很大程度上克服学生对化学实验的抗拒，甚至能够激发学生学习化学实验的兴趣，但教师在运用虚拟仿真软件进行教学时，还应该引导学生明白虚拟仿真软件并不是完美的，还有很多不能替代真实实验环境的地方。希望通过这样的方式，逐渐引导学生辩证地看待事物，辩证地看待化学、学习化学。运用虚拟仿真软件进行课堂教学需要教师注意以下几方面的问题:首先，课堂教学时间有限，教师需要在适当的时候对课堂进行把控，以免学生在简单、浅显的问题上花费较多时间;其次，教师应该积极地参与到学生的讨论中，除了认真听取学生的想法外，还要对学生的想法给予及时的反馈，引导学生对问题有正确和深入的理解。

(三)课后发挥NB虚拟实验室的综合功能进行复习，培养学生科学探究的学科素养

在课后复习中有效地运用虚拟仿真软件，对巩固学生课堂上所学的知识、提升学生解决综合实验问题的能力也有很大的帮助。首先，教师根据学生在课堂上的反馈，引导学生认识自己在基础知识和基本技能方面的掌握情况，在课后有针对性地利用虚拟仿真软件进行练习，重点熟悉实验原理和实验操作步骤。虽然学生只能通过点击鼠标进行操作，不能真实地接触实验仪器进行操作，但是虚拟仿真软件中的操作都是比较规范的，在反复练习的过程中会对学生产生潜移默化的影响。其次，虚拟仿真软件对学生进行复习最大的价值在于在学习了简单的单一实验后，可以将各个实验综合起来设计一体化实验或者复杂的综合实验。如在学习完氯气的制备、氯气的化学性质、氯水的化学性质后，引导学生在课后设计制备、除杂、净化、性质检验等一体化的综合实验。由于不存在安全问题，学生可以在软件上反复进行修改、检验实验设计的合理性，直到设计出合理、满意的实验装置。教师收集学生的设计，并选择课时进行展示，对学生的设计进行及时的反馈。通过这样的方式，一方面能够对氯气的相关性质进行整合，加强对所学知识的理解和记忆;另一方面，学生设计综合实验的过程，实际上是学生对知识进行深度加工的过程。在这个过程中学生需要不断地思考怎样设计更加合理。有利于发展学生的科学探究能力和创新意识。

三、总结

(一)NB虚拟仿真软件在中学化学实验教学中的价值与不足

教师运用虚拟仿真软件进行实验教学，课前、课上和课后的每个阶段都应该有对应的教学方法。在课前运用虚拟仿真软件主要是为了了解接下来要学习的内容，温习自己已有的知识并提出自己在新实验中存在的问题。因此，教师在设计任务单时要尽可能引导学生完成上述几方面的任务。在课上运用虚拟仿真软件主要的目的是熟练掌握相关实验的反应原理和操作步骤，并解决学生在课前预习中存在的问题。教师需要给予学生充分的时间和空间进行交流讨论，熟悉实验的相关原理和操作，在此基础上师生共同解决疑惑。课后运用虚拟仿真软件一方面帮助学生加深对实验原理和操作的理解和记忆，更重要的是引导学生整合实验内容，设计综合实验，发展学生的科学探究能力。因此，在课后复习的过程中，教师要引导学生利用虚拟仿真软件进行一体化的综合实验，并对学生的设计成果给予及时的反馈。课前预习为课上学习奠定基础，课上学习是对课前预习的检验;课上学习为课后复习、拓展奠定基础，课后复习又是对课上学习结果的检验。在整个教学过程中以学生的自主学习为主，最大限度地提升学生的自主学习能力，培养学生的科学探究能力。NB虚拟仿真软件在中学化学实验教学中的应用还存在一些问题，如软件本身还存在一些不足，不能满足中学化学实验教学的要求，且利用虚拟仿真软件进行化学实验教学的方法、策略过于单一和简单，不能引发学生的深度思考等。虚拟仿真软件虽然不能替代真实实验在化学实验教学中的作用，但是对于一些有毒、有危险的实验，有效的教学方法和策略在一定程度上对发展学生的科学探究能力、合作学习能力、自主学习能力都有重要作用。因此，教师在教学过程中应该善于挖掘有效的实验教学方法和策略，不断完善虚拟仿真软件在中学化学实验教学中的作用。当然，这一切都要基于更加完善、可靠的虚拟仿真实验室系统。所以需要一方面不断完善NB虚拟仿真软件，另一方面开发更适应中学化学实验教学的仿真实验室系统，期待虚拟仿真软件能够有更好地发展。

(二)虚拟仿真实验与真实实验在中学化学教学中的地位及关系

从上面内容我们了解到虚拟仿真实验能够为学生预习实验操作，一些复杂或具有危险性实验的课上操作，课后巩固复习实验操作等提供机会和平台。同时，虚拟仿真实验能够为学生自主设计实验，搭建并检验实验装置的合理性，发展学生的思维能力提供可能性，而且其携带便捷，操作简单易懂。虚拟仿真实验为中学化学实验教学提供了新的思路，但这并不代表虚拟仿真实验能够替代真实实验在化学实验教学中的地位。事实上，通过实践发现真实实验能够在很大程度上激发学生学习化学的兴趣，而且能够加深学生对化学实验操作的理解和记忆，提升学生的动手操作能力。而虚拟仿真实验虽然能够模拟真实实验，但是学生进行操作时主要依靠点击鼠标，无法真切地感受实验操作的过程，无法提升学生的动手操作能力。因此，基于相应的教学内容，在实验环境等客观条件充分的条件下，学生应尽可能多地进行真实的实验操作。虚拟仿真实验和真实实验有着各自的优缺点，两者之间能够相互补充，因此在中学化学实验教学中应该充分发挥两者的优点，运用合理的教学策略使两者相辅相成，为中学化学实验创设更加积极有效的教学途径。

参考文献:

［1］杨壮林，陈小莉，王巧艳，郭欣．浅谈虚拟现实技术在中学化学实验教学中的应用［J］．中学化学教学参考，2017，(16):55－56．

作者:王楠 吴晓红