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

柏志軍

(甘肅省徽縣第四中學(xué),甘肅 隴南 742399 )

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.面對這一現(xiàn)狀,在優(yōu)化重難點教學(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,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.