NoBook虛擬實驗室在化學(xué)實驗專題復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

脫曉燕 李奕霖 吳曉紅

摘? 要 實驗專題是化學(xué)復(fù)習(xí)的一個重要部分，在化學(xué)高考中占有很大比重。將NoBook虛擬實驗室納入中學(xué)化學(xué)實驗復(fù)習(xí)教學(xué)中，與傳統(tǒng)的實驗復(fù)習(xí)教學(xué)結(jié)合，會對整體化學(xué)實驗復(fù)習(xí)的教學(xué)體系產(chǎn)生新的影響。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué);化學(xué)實驗;實驗復(fù)習(xí);虛擬實驗室;核心素養(yǎng);探究性實驗

中圖分類號：G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）07-0132-03

1 問題的提出

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗既是研究化學(xué)的科學(xué)方法，也是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段。高中化學(xué)新課標(biāo)中明確提出培養(yǎng)學(xué)生“實驗探究與創(chuàng)新意識”這一核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)化學(xué)課程要重視素養(yǎng)為本的教學(xué)，倡導(dǎo)真實情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動。高考中與化學(xué)實驗緊密相關(guān)的題目所占比重也在逐漸增多。以全國卷為例，不僅第27題通常以一道15分左右的大題形式考查實驗探究，在選擇題中也會涉及一道與實驗操作相關(guān)的題目，如選擇合適的氣體除雜方式，選擇正確的實驗裝置圖等。甚至在化學(xué)工藝流程題、有機(jī)選修題中也會或多或少涉及與實驗相關(guān)的內(nèi)容。因此，實驗專題是化學(xué)復(fù)習(xí)中必不可少的部分。

對于實驗的復(fù)習(xí)，多數(shù)師生采取的形式與其他專題無異，局限在課上教師講授，帶領(lǐng)學(xué)生回顧重點實驗的原理、操作、現(xiàn)象等;課下學(xué)生參考教輔書進(jìn)行整理、記憶。這樣的復(fù)習(xí)方式缺少學(xué)生親自動手實踐的過程，既不利于學(xué)生的理解記憶，也不利于學(xué)生實驗探究、創(chuàng)新、靈活解決問題能力的提高，久而久之，會使學(xué)生失去對化學(xué)實驗復(fù)習(xí)的興趣[1-2]。真實的實驗操作受到中學(xué)實驗室人數(shù)容量、開放時間、藥品種類與數(shù)量、實驗室安全等限制，很難滿足學(xué)生個性化、多樣化、隨時化的需求。而NoBook虛擬實驗室等線上仿真實驗軟件的出現(xiàn)，可以讓學(xué)生利用電子設(shè)備虛擬操作實驗，肉眼可觀現(xiàn)象，從而加深對化學(xué)知識與實驗操作的理解[3]。因此，對于化學(xué)實驗的復(fù)習(xí)也應(yīng)尋求更好的方式，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到實驗復(fù)習(xí)中，通過學(xué)案、作業(yè)等設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生有針對性地訓(xùn)練某項實驗技能，從虛擬操作中領(lǐng)會實驗要點，內(nèi)化相關(guān)知識，較好地滿足復(fù)習(xí)個性化需求。

2 NoBook虛擬實驗室與化學(xué)實驗專題復(fù)習(xí)的結(jié)合

NoBook虛擬實驗室（以下簡稱NB）是一款為中學(xué)師生打造的化學(xué)實驗操作與演示的線上工具。它依托于化學(xué)實驗獨(dú)有的四大引擎真實模擬實驗反應(yīng)現(xiàn)象、獲取數(shù)據(jù)，可供學(xué)生像真實實驗一樣自由DIY并任意組裝實驗器材進(jìn)行線上實驗操作，可視化地得到計算機(jī)模擬的實驗現(xiàn)象，將知識形象化、學(xué)習(xí)場景化。

利用NB復(fù)習(xí)中學(xué)階段基本實驗儀器與操作方法? 實驗室安全以及對化學(xué)實驗儀器的正確認(rèn)識是學(xué)生高中階段化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的第一課，也是走進(jìn)化學(xué)實驗室的重要基礎(chǔ)。因此，常用儀器的正確使用方法和基本操作是高考考查的熱點之一。對于該考點的考查除了會以選擇題的形式出現(xiàn)外，在物質(zhì)的制備和化學(xué)工藝流程兩個大題中都可能涉及，考查的內(nèi)容主要有：蒸餾燒瓶、蒸發(fā)皿、坩堝、容量瓶、滴定管、分液漏斗、冷凝管等重要儀器的名稱和使用方法;常用裝置的組裝和用途;分離、提純、檢驗，溶液的配制，沉淀的洗滌等基本操作。對于該專題的復(fù)習(xí)，要學(xué)生撒網(wǎng)式熟記常用化學(xué)實驗儀器的特點，并且理解性記憶而非機(jī)械記憶。

在NB的基礎(chǔ)上，相關(guān)復(fù)習(xí)課形式發(fā)生轉(zhuǎn)變。課上由教師提供儀器名稱，學(xué)生操作NB選出對應(yīng)的實驗儀器（如圖1所示），進(jìn)行觀察并上臺進(jìn)行儀器操作演示，回憶總結(jié)相關(guān)實驗儀器操作知識。課下，學(xué)生可以隨時隨地按照此方法自由復(fù)習(xí)中學(xué)常見儀器。中學(xué)階段常用實驗儀器在NB中覆蓋完全，師生可以結(jié)合軟件對任意儀器進(jìn)行復(fù)習(xí)，這樣的復(fù)習(xí)更具有直觀性，同時避免教師備課時準(zhǔn)備真實實驗儀器供學(xué)生觀察而耗費(fèi)時間。

以容量瓶的相關(guān)知識復(fù)習(xí)鞏固為例，教師指定一位學(xué)生在NB上查找容量瓶并向全班展示，班級同學(xué)觀察、記憶容量瓶的形狀。教師提出問題：“觀察容量瓶，我們可以看到容量瓶上都標(biāo)有什么？”一部分學(xué)生直接回答：“容量瓶上標(biāo)有溫度、容量和刻度線?！钡灿猩俨糠謱W(xué)生因掌握知識不牢而產(chǎn)生疑惑，因此更加細(xì)致地觀察儀器。接下來以配置一定濃度的NaCl溶液為例，令學(xué)生在NB中選擇所需儀器和藥品進(jìn)行線上操作，并在此過程中總結(jié)容量瓶使用注意事項，完成對容量瓶的相關(guān)知識點復(fù)習(xí)。使用NB將理論知識與實驗操作相結(jié)合，可以更好地喚醒學(xué)生記憶，增加學(xué)生對于儀器使用、實驗操作、實驗步驟的印象。

利用NB復(fù)習(xí)教材中的重點實驗? 課本中的實驗是高中階段最基本的實驗，是眾多實驗中挑選出來的最具有代表性與教學(xué)性的實驗，承擔(dān)著幫助學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)新知與新技能的重要責(zé)任。因此，高考實驗題大多源于教材中的實驗，實驗考查回歸課本，對于課本中重點實驗的復(fù)習(xí)也是實驗專題復(fù)習(xí)必不可少的一部分。在中學(xué)對于每個實驗的復(fù)習(xí)既要遵循教材，也要高于教材，即要挖掘?qū)嶒灥膬?nèi)涵與外延，可以從實驗原理、裝置原理及操作原理等方面進(jìn)行拓展復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力以及創(chuàng)新能力。在指定實驗的復(fù)習(xí)過程中，教師要求學(xué)生對該實驗過程及現(xiàn)象進(jìn)行回顧，并挑選一名學(xué)生使用NB完整地操作一遍實驗，其余學(xué)生觀察其實驗操作步驟及實驗現(xiàn)象是否正確和完整;然后，教師根據(jù)該生的線上操作情況引導(dǎo)全體學(xué)生再次回顧實驗流程，并詳細(xì)講述重要步驟。相較于傳統(tǒng)實驗復(fù)習(xí)，其另一巨大優(yōu)勢是教師也可以針對一些危險的實驗步驟進(jìn)行試誤，借助線上實驗室模擬錯誤操作后出現(xiàn)的實驗意外現(xiàn)象，可再次強(qiáng)調(diào)相關(guān)注意事項，更能給學(xué)生以警示，使得學(xué)生注意實驗操作的正確性及安全性。

以“鈉與水反應(yīng)的實驗”復(fù)習(xí)為例，如圖2所示。教師首先要求學(xué)生寫出鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式并回憶實驗現(xiàn)象，然后指派學(xué)生上臺在NB上操作演示，讓學(xué)生從軟件中選擇出本實驗所需的全部儀器和藥品進(jìn)行線上操作，其他學(xué)生認(rèn)真觀看實驗操作，并與記憶中的實驗流程進(jìn)行對比。同時，學(xué)生根據(jù)軟件呈現(xiàn)的現(xiàn)象檢查自己記憶得是否全面，然后共同分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，最終總結(jié)為五個字：浮、熔、游、響、紅。接著，教師提出問題：“在鈉與水的實驗中，我們需要注意哪些問題？”學(xué)生給出答案：“首先，我們應(yīng)將鈉塊表面的煤油擦干凈;其次，實驗中的鈉塊不宜過大，否則會引起爆炸。”

教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗試誤，操作NB將一塊直接從煤油里拿出來的一小塊鈉投到加有酚酞溶液的燒杯中，學(xué)生觀察到鈉與水劇烈反應(yīng)時有大量黑煙產(chǎn)生，猜想分析原因后由教師講解：原來黑煙是因為鈉與水反應(yīng)放出大量的熱量，引燃了沾在鈉表面的煤油而產(chǎn)生的。再次進(jìn)行試誤，在NB中取出大塊金屬鈉，擦干表面的煤油后不進(jìn)行切割，直接投入滴有酚酞溶液的燒杯中，不僅出現(xiàn)“浮熔游響紅”現(xiàn)象，還產(chǎn)生爆炸。此時學(xué)生真正深刻認(rèn)識到因為鈉塊太大，在熔化后反應(yīng)熱繼續(xù)聚集，最終將與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣引燃，發(fā)生爆炸。由此完成對實驗過程、現(xiàn)象、注意事項的復(fù)習(xí)鞏固，而且在實驗試誤的過程增強(qiáng)了學(xué)生對待實驗的正確態(tài)度。

利用NB復(fù)習(xí)探究性實驗? 科學(xué)探究是學(xué)生必備的品質(zhì)，實驗探究與創(chuàng)新意識也是學(xué)生要發(fā)展的一大化學(xué)核心素養(yǎng)。因此，在高考中，化學(xué)實驗的另一重要考查方向是探究性實驗。探究性實驗的試題綜合性強(qiáng)，理論和實踐聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，要求考生必須冷靜審題，聯(lián)系所學(xué)知識和技能進(jìn)行知識的類比、遷移、重組和全面細(xì)致的實驗思考才能正確作答。探究性實驗的復(fù)習(xí)難度相對較高，如果僅停留在理論上的探究而不讓學(xué)生實踐驗證，既會令學(xué)生探究的效果減弱，也會使學(xué)生逐漸降低實驗探究的興趣。在實驗復(fù)習(xí)課上，教師準(zhǔn)備試劑帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場探究實驗，既增加了備課的難度，也耗時耗力，耽誤教學(xué)進(jìn)度。利用NB，讓學(xué)生根據(jù)題目要求和自己的猜想與設(shè)計選擇相應(yīng)的儀器藥品，線上虛擬操作，可以迅速、安全地得到探究結(jié)果，幫助學(xué)生完成探究性實驗例題，增強(qiáng)實驗探究能力。

以對實驗室制取乙烯并驗證乙烯具有還原性的實驗裝置的典型實驗探究題復(fù)習(xí)為例，在學(xué)案中提供實驗裝置圖：酒精燈對裝有濃硫酸、酒精并放入碎瓷片的圓底燒瓶加熱，連接的導(dǎo)管先通過一個裝有氫氧化鈉溶液的甲裝置，最后通入一個裝有酸性高錳酸鉀溶液的乙試管。讓學(xué)生分析裝置甲的作用并選擇合適儀器以及猜想實驗現(xiàn)象。師生在NB中選擇儀器并進(jìn)行搭建，如圖3所示。學(xué)生通過猜想甲裝置的用途，選擇自己心中理想的儀器裝NaOH溶液并與其他裝置連接;在接下來的實驗過程中如果能得到預(yù)期的實驗效果，則說明裝置設(shè)計正確，否則分析原因并重新選擇。對于實驗現(xiàn)象“燒瓶中的混合物逐漸變黑，乙試管中酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去”，可以通過NB直接顯示出來以驗證猜想是否正確。在深入探討甲裝置的重要性時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用NB再搭建一套不含甲的裝置，并進(jìn)行實驗來對比結(jié)果是否有變化。利用NB，師生在有限的時間內(nèi)不僅可以快速安全地還原實驗裝置，還能通過具體實驗探究驗證對每步操作、每個裝置的作用和目的進(jìn)行猜想。學(xué)生復(fù)習(xí)的也不僅僅是這一道題的答案，掌握的是整個與實驗室制取乙烯有關(guān)的知識內(nèi)容，并對其保持深刻的印象。

3 總結(jié)

教學(xué)實踐表明，在實驗復(fù)習(xí)中恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用NoBook虛擬實驗室，彌補(bǔ)了在有限的實驗復(fù)習(xí)時間內(nèi)學(xué)生不能動手實踐的不足，使實驗復(fù)習(xí)理論結(jié)合實踐，既幫助學(xué)生完成對實驗知識的構(gòu)建，也加深了學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解，方便記憶，在一定程度上提升了學(xué)生的實驗操作和探究技能。因此，師生要順應(yīng)時代發(fā)展，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將傳統(tǒng)實驗復(fù)習(xí)和化學(xué)虛擬實驗軟件有機(jī)整合，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實驗復(fù)習(xí)課模式，使得復(fù)習(xí)課堂煥發(fā)活力?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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