虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應(yīng)用

方彥

（廣東省珠海市紫荊中學(xué)桃園路校區(qū)）

摘 要：虛擬實驗室增強(qiáng)了實驗教學(xué)的功能，將學(xué)生和實驗聯(lián)系起來，為教師提供了一種新的教學(xué)方式，也為學(xué)生提供了一種新的實驗方式。在使用虛擬實驗室的過程中，如果能把虛擬的與真實的相比較，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者之間的相互合作，并注重激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，促使其進(jìn)行探究，那必將會產(chǎn)生巨大的教育價值。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；化學(xué)；教學(xué)

義務(wù)教育教科書人教版化學(xué)九年級上冊第一單元《走進(jìn)化學(xué)世界》課題2的標(biāo)題是《化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)》?；瘜W(xué)是初中的一門重要學(xué)科，而實驗是化學(xué)學(xué)科的精髓。廣東珠海市早在幾年前就把化學(xué)實驗操作作為中考的必經(jīng)之路，只有實驗考查及格的學(xué)生才有資格報考國家示范性高中，可見珠海教育部門對化學(xué)實驗的重視。但是由于初三中考的壓力大、教學(xué)進(jìn)度的緊張、空間限制以及安全等多方面的因素，化學(xué)實驗的應(yīng)用并不理想。此時，虛擬實驗室的提出對解決當(dāng)前教學(xué)模式的狀況起到了一些改善。

信息技術(shù)的高速發(fā)展在這個時代體現(xiàn)得淋漓盡致，如今“云教育”已經(jīng)鋪天蓋地地來到我們各大高校、中小學(xué)以及各大培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。以往，在報紙雜志上看到“數(shù)字教材”“慕課”等詞語，覺得這是“高大上”的文章，而如今在中國知網(wǎng)的篇名欄里搜索類似這樣的詞語再也不是鳳毛麟角了。

教育云資源庫的內(nèi)容很豐富，它包括日常教學(xué)資源以及與教育教學(xué)相關(guān)的數(shù)字資源。比如，課程同步教學(xué)資源、課程同步學(xué)習(xí)資源、課外拓展學(xué)習(xí)資源、仿真虛擬實驗資源、德育教育資源、教育游戲資源、教師培訓(xùn)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源等。見圖1。

一、什么是虛擬實驗室

所謂虛擬實驗室，是指在計算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)

（VR技術(shù)）的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目。筆者認(rèn)為，在初中化學(xué)新課教學(xué)中，虛擬實驗室是模擬化學(xué)儀器、藥品及實驗現(xiàn)象等虛擬實驗環(huán)境，

便于學(xué)生操作的一種軟件。它的目標(biāo)是將學(xué)習(xí)者從大量的實驗中解脫出來，節(jié)省大量的時間、人力、物力和精力，使之投入更深入的研究工作中。

二、虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應(yīng)用

（一）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”應(yīng)用的原因

人民教育出版社義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級上冊第六單元《碳和碳的氧化物》課題2《二氧化碳制取的研究》一課，傳統(tǒng)教學(xué)中的化學(xué)實驗存在諸多的問題。實驗室若安排組裝儀器，由于操作不當(dāng)或意外打碎、碰碎儀器的情況，增加了學(xué)校的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。初三時間緊，任務(wù)重，教師為了教學(xué)進(jìn)度，能不做的實驗就會一帶而過。由于地域限制，有的學(xué)校偏遠(yuǎn)，無法購買齊全藥品和儀器，導(dǎo)致實驗無法正常完成。

虛擬實驗室增強(qiáng)了實驗教學(xué)的功能，將學(xué)生和實驗聯(lián)系起

來，為教師提供了一種新的教學(xué)方式，也為學(xué)生提供了一種新的實驗方式。

（二）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應(yīng)用

在二氧化碳制取裝置的選取環(huán)節(jié)中，應(yīng)用了虛擬實驗室，學(xué)生根據(jù)“反應(yīng)器”“膠塞組合”和“收集裝置”的選擇進(jìn)行儀器組合。見圖2。

在講解了二氧化碳制取裝置的內(nèi)容后，學(xué)生明白了發(fā)生裝置要考慮反應(yīng)物的狀態(tài)以及反應(yīng)條件，收集裝置要考慮二氧化碳能溶于水，并能與水反應(yīng)，密度比空氣大，只能用向上排空氣法

收集。

讓學(xué)生通過虛擬實驗室來組裝實驗室制取二氧化碳的裝置。此裝置有“反應(yīng)器”“膠塞組合”“收集裝置”?！胺磻?yīng)器”有五種選擇，“膠塞組合”有兩種選擇，“收集裝置”有三種選擇，因此可選用的組合比較多。上課時，將學(xué)生分為六個化學(xué)小組，每組七人。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，本環(huán)節(jié)由每小組派代表完成，并且要求每小組的儀器組裝不能完全相同。第一組選用了“反應(yīng)器”的第三個，“膠塞組合”的第二個，“收集裝置”的第一個。本裝置反應(yīng)一直進(jìn)行，直到一種反應(yīng)物消耗完畢。第二組選用了“反應(yīng)器”第二個，“膠塞組合”第一個，“收集裝置”第一個。本裝置不能隨開隨停，但可以通過加入長頸漏斗用酸量控制反應(yīng)的量，或者在膠管上夾一彈簧夾來控制。第三組選用了“反應(yīng)器”第一個，“膠塞組合”第一個，“收集裝置”第一個，顯示錯誤組合，膠塞組合裝置不合適或全套實驗裝置不完全。第四組選用了“反應(yīng)器”第五個，“膠塞組合”的選用有些猶豫，但最終沒有選用，“收集裝置”第一個。本裝置即開即停，反應(yīng)可以控制，可制備大量的氣體，只能用于塊狀固體和液體的反應(yīng)。第五組選用了“反應(yīng)器”第二個，“膠塞組合”第三個，“收集裝置”第一個。本裝置可以通過注射器注射酸量控制反應(yīng)，可以進(jìn)行定量反應(yīng)，并且能改變反應(yīng)的劇烈程度，用注射器逐滴加入鹽酸來控制反應(yīng)的速率。第六組選用了“反應(yīng)器”第一個，“膠塞組合”第四個，“收集裝置”第一個。本裝置即開即停，可以控制反應(yīng)，但只能制備少量的氣體，用于塊狀固體和液體的反應(yīng)。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，本環(huán)節(jié)會利用課本展示出來的圖，讓學(xué)生自由組合，但做法死板，毫無興趣可言，無法達(dá)到激發(fā)學(xué)生求知欲的目的。有的老師只展示不同裝置組合的演示文稿，沒有動態(tài)的畫面，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時不能融會貫通。有的老師會展示部分不同裝置的視頻，不能面面俱到，播放視頻不僅會浪費(fèi)大量的時間，而且沒有起到讓學(xué)生探索的目標(biāo)。

（三）虛擬實驗室在“二氧化碳制取的研究”的應(yīng)用策略

1.改變教師的理念尤為重要

在教學(xué)中，有一部分老師過度依賴新引入的信息技術(shù)，沒有將之與課程實現(xiàn)有效整合，甚至出現(xiàn)了占用學(xué)生學(xué)習(xí)時間的現(xiàn)象，也有一部分老師不應(yīng)用新的信息技術(shù)，還是用傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，不理解新技術(shù)與原有信息技術(shù)的區(qū)別，甚至認(rèn)為新技術(shù)干擾了正常的教學(xué)秩序，不利于學(xué)生探究成果的產(chǎn)生。

2.虛擬實驗室在合適的課題中使用

原本學(xué)習(xí)的碎片化讓學(xué)生專注度下降，但虛擬實驗室的使用，不僅能讓學(xué)生專注度提升，而且能提升學(xué)習(xí)深度。在本課題中，傳統(tǒng)教學(xué)只停留在簡單的發(fā)生裝置和收集裝置的組合。利用虛擬實驗室，加入了膠塞的選擇，這也是考題中的一個難點(diǎn)。利用虛擬實驗室，“可控制反應(yīng)的速率”和“可控制反應(yīng)的發(fā)生與停止”的裝置都能讓學(xué)生深刻地體會到。當(dāng)學(xué)習(xí)者選擇錯了裝置，不再由老師解釋，而是通過軟件直接給出，讓學(xué)生有煥然一新的感覺，并且記憶深刻。有的學(xué)生還會改編裝置，創(chuàng)造出新的組裝圖。

3.虛實結(jié)合

在使用虛擬實驗室的過程中，如果能把虛擬的與真實的相比較，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者之間的相互合作，并注重激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，促使其進(jìn)行探究，那必將會產(chǎn)生巨大的教育價值。使用虛擬實驗室的同時，提升學(xué)生興趣，提高參與度，如果想讓學(xué)生達(dá)到好的學(xué)習(xí)效果，老師需要根據(jù)每個課題的實際情況，對教學(xué)設(shè)計加以調(diào)整，對實驗要加以分析和總結(jié)，否則學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情就像曇花一現(xiàn)，不能真正地內(nèi)化成自己的知識。

參考文獻(xiàn)：

[1]云亮.智慧教育：互聯(lián)網(wǎng)+時代的教育大轉(zhuǎn)型[M].電子工業(yè)出版社，2016.

[2]吳美珠.虛擬實驗室在中學(xué)生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].發(fā)明與創(chuàng)新（教育信息化），2015（2）：55-59.

編輯 范昕欣