虛擬實(shí)驗(yàn)在農(nóng)村初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dòng)畫的使用中，忽視了虛擬仿真技術(shù)在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.鑒于此，文章結(jié)合初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，分析了NOBOOK虛擬技術(shù)在農(nóng)村化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值和具體策略.

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；農(nóng)村初中；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；初中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）29-0119-03

收稿日期：2023-07-15

作者簡(jiǎn)介：柏志軍（1978.8-），男，甘肅省徽縣人，中小學(xué)一級(jí)教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)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(shí)驗(yàn)在農(nóng)村初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探究”的階段性研究成果（課題立項(xiàng)號(hào)：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(shí)驗(yàn)主題”，肯定了化學(xué)教學(xué)的重要性，并對(duì)其提出了明確的教學(xué)要求，即：鍛煉學(xué)生的知識(shí)技能、問題解決、科學(xué)探究素養(yǎng)，旨在借助化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(duì)農(nóng)村初中來說，由于缺乏必要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備滯后等，致使部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，不僅浪費(fèi)了課堂時(shí)間，學(xué)生也難以在實(shí)驗(yàn)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(shì)，充分發(fā)揮虛擬技術(shù)，將其與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合到一起，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值.

1 農(nóng)村初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作非常有趣，但其對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度卻非常隨意，也沒有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與學(xué)生成績(jī)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(shí)教學(xué)中，肆意壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí).

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一

在新課程背景下，要求教師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)遵循“生本理念”的原則，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的實(shí)際需求等，靈活開展實(shí)驗(yàn)教學(xué).但針對(duì)農(nóng)村化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，教師常常忽視化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)資源

對(duì)農(nóng)村初中來說，還存在明顯的實(shí)驗(yàn)資源短缺現(xiàn)象：化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常常只有一兩個(gè)；在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，學(xué)生無法單獨(dú)操作，只能以小組的形式開展；同時(shí)，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的相關(guān)儀器、藥品更新周期相對(duì)比較長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)要求；還有的農(nóng)村學(xué)校缺乏必要的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)資源，嚴(yán)重制約了初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.

1.4 農(nóng)村化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系不夠完善

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，教師在農(nóng)村實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)，只關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，忽視了學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程.在這種片面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)模式下，致使化學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)功能大打折扣，嚴(yán)重制約了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量^[1].

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(jià)值.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)的終端上營(yíng)造出一個(gè)虛擬且可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境.在大量的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中，農(nóng)村中學(xué)在實(shí)施化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，就可以借助NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由于其獲取非常簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，教師可結(jié)合自己的教學(xué)需求，在這一平臺(tái)上靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案.

NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)極具交互性，將其應(yīng)用到初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)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(shí)驗(yàn)激情，使其積極主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中；NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破了時(shí)空的限制，每一位學(xué)生在家庭中都能完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，直到熟練掌握相關(guān)的操作技能；NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)極具安全性，能夠避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中，因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果；NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可幫助學(xué)生進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，極大地降低了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成本，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果^[2].

3 虛擬實(shí)驗(yàn)在農(nóng)村初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體運(yùn)用

3.1 基于虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，就可充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供一個(gè)更加真實(shí)、安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，使學(xué)生在直觀感知下，熟悉實(shí)驗(yàn)操作步驟，掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法，等等，為后面真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，真正提升初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的有效性.例如，在“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器，明確基本的實(shí)驗(yàn)步驟，依次選擇實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行溶解、過濾、蒸發(fā)、計(jì)算產(chǎn)率等.在這一實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，由于學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中已經(jīng)基本上掌握了實(shí)驗(yàn)操作的現(xiàn)狀，就可結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為學(xué)生設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)操作中，哪些實(shí)驗(yàn)操作會(huì)對(duì)精鹽的產(chǎn)率產(chǎn)生影響？接著，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作、觀察、思考和討論等，在解決問題的過程中，完成實(shí)驗(yàn)的高效學(xué)習(xí)，真正落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)下的教學(xué)要求^[3].

3.2 基于復(fù)雜問題實(shí)驗(yàn)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(huì)面臨一些復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn).面對(duì)這一現(xiàn)狀，在優(yōu)化重難點(diǎn)教學(xué)時(shí)，就應(yīng)充分發(fā)揮NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的價(jià)值，將復(fù)雜的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)，在學(xué)習(xí)中常常面臨著較大的困難.面對(duì)這一現(xiàn)狀，就可充分發(fā)揮NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)驗(yàn)：先在儀器庫(kù)中選擇相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(huì)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(huì)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(yàn)證方法，即：運(yùn)用大理石或者活潑金屬對(duì)溶液中是否有鹽酸進(jìn)行驗(yàn)證，并運(yùn)用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn).如此一來，通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用，將復(fù)雜的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在可視化的學(xué)習(xí)中，加深了知識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，部分實(shí)驗(yàn)中涉及到了易爆易燃?xì)怏w、生成物有毒有害等.面對(duì)這些極具危害性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(shí)的感受，難以形成深刻的理解，致使所學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬，在避免安全隱患的同時(shí)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的.例如，在“一氧化碳還原氧化鐵”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于該實(shí)驗(yàn)中一氧化碳具備一定的安全隱患，可借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以視頻演示的方式完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)；另外，在這一實(shí)驗(yàn)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(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)真實(shí)的爆炸現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)操作完成之后，如果同時(shí)關(guān)閉酒精燈，停止通氣，就會(huì)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(duì)這一現(xiàn)狀，唯有借助NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)才能避免安全隱患，并在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中達(dá)到預(yù)期的效果.

3.4 整合相關(guān)知識(shí)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)

化學(xué)學(xué)科知識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)體系.此時(shí)，就可充分采用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將所學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、整合等，最終完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將“實(shí)驗(yàn)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?cè)诨貞洀?fù)習(xí)中掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作步驟，明確實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和誤差分析，使得學(xué)生在復(fù)習(xí)中思考提出的實(shí)驗(yàn)問題.如此，通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在復(fù)習(xí)中的應(yīng)用，可將多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)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(shí)驗(yàn)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(duì)農(nóng)村學(xué)校而言，受到多種因素的制約，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不甚理想，制約了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值.唯有充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的實(shí)際情況等，將其科學(xué)、合理地融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，才能改善農(nóng)村初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽]