NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

吳燕

摘 要：本文針對(duì)NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，以魯科版高中化學(xué)必修一的“金屬鈉及其化合物的性質(zhì)”一課為例，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法與教學(xué)實(shí)施四個(gè)層面，探討了利用NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施策略，以期為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬實(shí)驗(yàn)室

NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室）是一款專用于中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟件，由教師端、學(xué)生端和加試三部分組成。將其應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠有效突破以往教學(xué)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、空間與條件等方面存在的局限，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維與動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)提供充足空間。

一、NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)應(yīng)用

（一）NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室界面

在NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的界面設(shè)計(jì)上，主要分為在線版、離線版兩大模塊，其下設(shè)有“精品資源”“我的實(shí)驗(yàn)”兩個(gè)模塊，其中“精品資源”涵蓋經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的組合器材和實(shí)驗(yàn)藥品，提供“新建實(shí)驗(yàn)”“編輯組合實(shí)驗(yàn)”兩項(xiàng)選擇;“我的實(shí)驗(yàn)”包含“自組實(shí)驗(yàn)”“新建實(shí)驗(yàn)”兩種類型，學(xué)生登錄“自組實(shí)驗(yàn)”可選擇導(dǎo)入/導(dǎo)出、移動(dòng)/復(fù)制、刪除/分享、重命名四個(gè)選項(xiàng)，在“新建實(shí)驗(yàn)”模塊之下可選擇“反應(yīng)器材、輔助器材”與“固、液、氣藥品”，并開展具體實(shí)驗(yàn)操作[1]。

（二）教學(xué)目標(biāo)細(xì)化

基于新課程的三維目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)的細(xì)化，可從以下三個(gè)維度入手：首先是知識(shí)與技能維度，要求學(xué)生掌握物質(zhì)的組成、性質(zhì)、原理等基礎(chǔ)性化學(xué)知識(shí)，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入思考、提出問題，并完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì);利用虛擬軟件根據(jù)自身設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)儀器、裝置的選擇，開展具體實(shí)驗(yàn)操作，并觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終歸納推斷出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。其次是過(guò)程與方法維度，借助虛擬軟件工具開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠?yàn)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)與鍛煉創(chuàng)設(shè)有利平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、思考、探究與解決問題能力。最后是情感態(tài)度與價(jià)值觀維度，通過(guò)引入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)于化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，在自主探究的過(guò)程中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)與實(shí)踐能力的全面提升[2]。

（三）教學(xué)活動(dòng)流程

基于NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)流程設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)為：提出問題→猜想與假設(shè)→實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)→虛擬實(shí)驗(yàn)操作→方案完善優(yōu)化→展示評(píng)價(jià)→反思修正。在教學(xué)活動(dòng)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為主體，通過(guò)自主探究、合作討論等方式參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，由教師承擔(dān)引導(dǎo)與監(jiān)督職能，保證教學(xué)活動(dòng)的順利實(shí)施[3]。

二、高中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“金屬鈉及其化合物的性質(zhì)”為例

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

以魯科版高中化學(xué)必修一“金屬鈉及其化合物的性質(zhì)”一課為例，以往在高中化學(xué)課上教師較少開展鈉及其氧化物的教學(xué)，一方面取決于鈉塊與氧化物體積較小，存在被遺漏的可能性;另一方面受其化學(xué)性質(zhì)影響，易與水反應(yīng)生成可燃性氣體，帶來(lái)安全隱患[4]。通過(guò)引入NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，能夠使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、現(xiàn)象與條件直觀呈現(xiàn)在學(xué)生面前，增進(jìn)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理及知識(shí)的理解，借助問題的提出培養(yǎng)學(xué)生的自主思考、探究實(shí)踐與解決問題能力。針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，考慮到以往學(xué)生在學(xué)習(xí)Al、Fe、Cu等金屬的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，主要圍繞金屬的活動(dòng)性順序、金屬與氧氣、金屬與酸或鹽溶液的反應(yīng)展開，實(shí)際上通過(guò)觀察金屬活動(dòng)性順序表可知，諸如K、Ca、Na等活潑金屬通常直接與酸溶液中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但學(xué)生較少了解到上述金屬元素不與酸反應(yīng)的原因。結(jié)合上述問題，擬將化學(xué)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為鈉的原子結(jié)構(gòu)、氧化還原反應(yīng)兩部分內(nèi)容，在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，促使其立足于宏觀、微觀兩個(gè)層面進(jìn)行物質(zhì)性質(zhì)的解讀。

（二）三維目標(biāo)解構(gòu)

1.知識(shí)與技能維度

在此維度的教學(xué)目的在于使學(xué)生掌握金屬鈉的物理性質(zhì)及基本常識(shí)（如保存方法等），明確鈉及其氧化物反應(yīng)的基本原理及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且能夠利用NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)操作。

2.過(guò)程與方法維度

要求學(xué)生采用觀察法進(jìn)行鈉的物理性質(zhì)研究，掌握虛擬實(shí)驗(yàn)的基本操作方法;立足于宏觀、微觀兩個(gè)視角進(jìn)行鈉的化學(xué)性質(zhì)的探究;能夠利用NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展關(guān)于Na與H2O、Na與稀酸、Na2O2與H2O、Na2O2與CO2反應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在此過(guò)程中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、提出問題，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理與實(shí)驗(yàn)操作能力，激活學(xué)生的創(chuàng)造性思維;以小組為單位開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，通過(guò)合作與交流順利完成實(shí)驗(yàn)操作。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀維度

通過(guò)創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)與生活現(xiàn)象間存在密切關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神;依托NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室賦予學(xué)生新鮮的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，既有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能夠在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中培養(yǎng)其樹立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，并且深化學(xué)生信息素養(yǎng)的培育;采用小組合作學(xué)習(xí)模式，學(xué)生經(jīng)由交流觀點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生認(rèn)知沖突等環(huán)節(jié)，最終解決問題，深化對(duì)知識(shí)的理解，并且提高合作學(xué)習(xí)能力。

（三）教學(xué)方法選用

1.創(chuàng)設(shè)生活化情境

鈉是一種化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬，主要以煤油作為存儲(chǔ)介質(zhì)，學(xué)生在日常生活中難以看到以單質(zhì)形式存在的鈉，為使學(xué)生快速建立對(duì)于鈉這種金屬元素的認(rèn)識(shí)，教師可選用“‘半仙’為騙錢，把鈉扔進(jìn)水里裝作驅(qū)水鬼”的視頻片段作為教學(xué)資源，借助生活中發(fā)生的典型事件完成教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生建立對(duì)于鈉元素的基本認(rèn)識(shí)，并利用化學(xué)知識(shí)破除生活中存在的迷信現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)精神。

2.搭建知識(shí)銜接橋梁

通常學(xué)生經(jīng)由初中階段的化學(xué)學(xué)習(xí)后已經(jīng)掌握關(guān)于金屬物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)與活動(dòng)性順序的基礎(chǔ)知識(shí)，初步建立對(duì)于鈉化學(xué)性質(zhì)活潑的印象，但普遍未能了解鈉與酸反應(yīng)置換出氫氣的原因。對(duì)此教師可將Na與H2O的反應(yīng)作為鋪墊，逐步引出Na2O與H2O、Na2O與CO2、Na2O2與H2O、Na2O2與CO2等化學(xué)反應(yīng)，為新舊知識(shí)間的銜接與過(guò)渡搭建橋梁，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的順利導(dǎo)入。

3.小組合作探究法

將學(xué)生劃分為若干小組，以小組合作的形式開展探究實(shí)驗(yàn)，由各小組借助NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件進(jìn)行Na與H2O、Na與稀酸、Na2O2與H2O、Na2O2與CO2等化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作，使組內(nèi)每一名成員均參與到實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，在此過(guò)程中更加直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)組內(nèi)成員的交流合作掌握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，借此引導(dǎo)學(xué)生深化對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解與記憶，并且促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的動(dòng)態(tài)發(fā)展。

（四）教學(xué)活動(dòng)實(shí)施

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師可首先向?qū)W生提出“同學(xué)們?cè)谏钪杏新犨^(guò)或見過(guò)‘水鬼’嗎？”這一問題，借助帶有神秘色彩的問題激發(fā)學(xué)生的好奇心，使其主動(dòng)參與到話題討論中，為后續(xù)話題的引出做好鋪墊。隨后教師可為學(xué)生播放“‘大仙’驅(qū)水鬼”的視頻片段，視頻中顯示一個(gè)被眾人尊稱為“大仙”的人用手指向一盆水，眾人紛紛看到水中有東西在快速以移動(dòng)并發(fā)出聲響。通過(guò)觀看視頻激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生在明確“水鬼”的存在為迷信現(xiàn)象的同時(shí)，更加深入思考“水鬼”是什么的問題。接下來(lái)由教師揭示謎底，利用鑷子從煤油中夾取一塊鈉，使學(xué)生觀察鈉的實(shí)物，提煉出鈉的“銀白色固體”“質(zhì)軟”“密度小于水”“密度大于煤油”“熔點(diǎn)低”等物理性質(zhì)，并通過(guò)回顧以往學(xué)習(xí)過(guò)的鐵、銅等金屬元素化學(xué)性質(zhì)的知識(shí)，初步建立對(duì)于金屬性質(zhì)研究方法與規(guī)律的認(rèn)知，在溫故的基礎(chǔ)上為新知導(dǎo)入創(chuàng)設(shè)鋪墊。

2.講解演示，布置任務(wù)

通過(guò)溫習(xí)舊知，學(xué)生均能夠認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與其原子結(jié)構(gòu)中最外層電子數(shù)量間存在一定關(guān)系，此時(shí)教師可出示鈉的原子結(jié)構(gòu)圖，引導(dǎo)學(xué)生從微觀視角認(rèn)識(shí)到鈉最外層電子數(shù)量為1個(gè)、不穩(wěn)定，易因失去電子形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這也是造成鈉化學(xué)性質(zhì)活潑的主要原因，通過(guò)上述思考過(guò)程促使學(xué)生的化學(xué)思維能力得到鞏固與提升。隨后教師可帶領(lǐng)學(xué)生登錄NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面互在實(shí)驗(yàn)器材庫(kù)中挑選實(shí)驗(yàn)儀器與藥品，使學(xué)生通過(guò)觀察教師的演示掌握基本操作方法，為后續(xù)自主開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)做好準(zhǔn)備。接下來(lái)教師可安排學(xué)生以小組合作的方式開展課堂實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，將學(xué)生劃分為A、B、C、D、E、F共6個(gè)小組，其中A、B兩小組均實(shí)施Na與H2O、Na與酸反應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，C、D兩小組研究Na2O與H2O、Na2O與CO2的化學(xué)反應(yīng)，E、F兩小組做Na2O2與H2O、Na2O2與CO2的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的布置。

3.自主探究，生成結(jié)論

學(xué)生在合作小組內(nèi)完成任務(wù)分工，在教師的引導(dǎo)下搜集資料、掌握教材中的實(shí)驗(yàn)步驟要求，明確實(shí)驗(yàn)操作所需使用的實(shí)驗(yàn)儀器與藥品，通過(guò)組內(nèi)討論完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。隨后由教師隨機(jī)抽選小組成員演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作過(guò)程，由其他成員觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、了解實(shí)驗(yàn)流程、思考實(shí)驗(yàn)不足與問題，并為其評(píng)分、給出改進(jìn)建議。例如某組成員抽中Na2O與H2O反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，小組代表登錄軟件平臺(tái)，在器材庫(kù)中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊脫脂棉放置在石棉網(wǎng)上，點(diǎn)擊膠頭滴管的膠帽吸取蒸餾水，將蒸餾水滴加在石棉網(wǎng)上的脫脂棉中，完成演示實(shí)驗(yàn)，并寫出化學(xué)方程式Na2O+H2O=2NaOH。

4.小組評(píng)價(jià)，總結(jié)反思

在抽選組員進(jìn)行演示操作的同時(shí)，其他同學(xué)負(fù)責(zé)觀察實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提煉出實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的不足及問題，并給出評(píng)分和改進(jìn)建議。例如該小組實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的不足之處在于Na2O與H2O的化學(xué)反應(yīng)無(wú)明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，無(wú)法證明Na2O與H2O之間已經(jīng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且也無(wú)法證明生成的物質(zhì)是NaOH。對(duì)此提出改進(jìn)建議，可先選取少量Na2O放入小燒杯中，向燒杯中注入適量蒸餾水、滴加2滴酚酞試劑，隨后觀察溶液的顏色額變化，倘若發(fā)現(xiàn)燒杯中的溶液轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，則說(shuō)明Na2O與H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成NaOH堿性溶液，從而利用教學(xué)反饋進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生思維能力與實(shí)踐操作能力的提升。

結(jié)束語(yǔ)

將NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使傳統(tǒng)課堂教學(xué)由教師主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，促使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究能力得到有效鍛煉，也為學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的發(fā)展提供充足空間。對(duì)此教師還應(yīng)在學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中做好指導(dǎo)與監(jiān)督，從中滲透三維目標(biāo)，為學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提升創(chuàng)設(shè)良好基礎(chǔ)。

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