NB虚拟实验在中学化学实验教学中的应用

周贵乐 吴晓红

摘  要 以“探究化学反应速率的影响因素”为例，说明NB虚拟实验如何应用于中学化学实验教学中，以期为中学化学探究性实验教学设计提供参考。

关键词 NB虚拟实验;中学化学;实验教学;化学反应速率

中图分类号：G633.8    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）19-0123-03

0  前言

随着“互联网+”时代的到来，NOBOOK虚拟实验（简称NB虚拟实验）应运而生。NB虚拟实验是专门为初高中教师创设的教学软件，具有简便性、高效性、创新性的特点，可以有效增强化学实验教学效果。NB虚拟实验主要是借助虚拟现实、多媒体、仿真等技术，创造一个虚拟的实验平台，教师或学生可以在虚拟实验室搭建实验装置并进行实验，因为里面的药品和仪器可以自由选择，量的多少也可以自由控制，在操作实验过程中能够观察到明显的实验现象。同时，教师可以在NB虚拟实验室中进行实验演示，演示完后直接保存到“我的实验”中，方便下次教学;还可以将课件资料等上传到该平台，实现资源共享。

1  传统实验教学存在的问题

1.1  学校经费紧张，实验设备不足或陈旧

沿海城市经济发达，教育水平也相对较高，實验教学开展得较好，对于有条件进行实验教学的学校来说，让学生亲自动手实验是很有必要的。虽然我国的教育事业有了长足发展，但是部分地区的教育水平仍然较低，中学化学实验教学开展中面临的问题较多，主要表现在：

1）学校在购买实验仪器时没有做好长远规划，在之后的使用过程中，部分仪器破损后无法及时补全，导致实验无法正常进行;

2）实验设备长期使用会出现故障，没有人及时修理，导致使用率下降;

3）学校缺少综合实验室，对于一些高危实验，教师更不会让学生操作，学生无法感受到实验环境，对实验的敏感度不高。

由于地区经济的发展不平衡，导致教育水平的差距越来越大。目前，部分地区学校教育经费紧张，无法提供完整的实验设备，导致化学实验无法正常开展。

1.2  学生参与不积极，学习兴趣不高

化学是一门以实验为基础的学科，实验可以验证化学中的科学知识，通过测量出准确的实验数据进而得出结论。在实验过程中还可以培养学生的动手实践能力和问题解决能力等综合素养。但是在实际的化学课堂中，大多数学生在实验过程中只是抱着“玩一玩”的态度，有的学生只是觉得“实验很有趣”“实验很好玩”，在上课过程中并没有真正学到知识和技能。久而久之，学生对实验的兴趣大大降低，对化学失去兴趣。学生被动接受知识的时代已经过去，作为新时代的教师应在“互联网+”时代潮流下，在课堂中更多地引入教育技术来引起学生的兴趣，NB虚拟实验不仅可以解决实验设备不足的问题，而且可以运用虚拟实验给学生不一样的情感体验，从而激发学生的兴趣。

2  实验探究

下面以“探究化学反应速率的影响因素”为例进行实验探究教学设计，说明如何将NB虚拟实验运用在化学实验教学中。

2.1  实验目的

首先，探究哪些因素能够影响化学反应速率;其次，掌握如何将控制变量法应用于实验中，分析其应用原理、基本流程、操作步骤及思路;再次，初步了解NB虚拟仿真实验在化学中的应用;最后，发展学习化学的兴趣，体验科学探究的艰辛和喜悦，培养学生的合作探究精神。

2.2  实验原理

化学反应速率是表示化学反应进行快慢的物理量，常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量表示（均为正值），公式表示为：ν=Δc/Δt。

2.3  实验用品

药品：铁粉、镁粉、块状碳酸钙、碳酸钙粉末、二氧化锰粉末、盐酸（0.5 mol/L，3 mol/L）、H2O2溶液（3%）。仪器：试管、药匙、镊子、胶头滴管、酒精灯、试管夹、火柴。

2.4  实验预测

化学反应速率与哪些因素有关？

1）钠和镁分别与水反应的时候，为什么钠与水反应更加剧烈？与什么因素有关？

2）超市里面新鲜的水果保存在冰箱里存放得更久，与什么因素有关？

3）带火星的火柴能在纯氧中复燃，与什么因素有关？

4）实验室中，当用氯酸钾制备氧气时，加入二氧化锰时反应更快，与什么因素有关？

5）冬天烧火时，木材劈成小块烧得更快，与什么因素有关？

2.5  实验方案设计的注意事项

1）研究某一种因素对化学反应速率的影响时，要设计参照系，也就是要进行对比实验;

2）由于要通过观察实验现象来比较反应的快慢，设计实验时要考虑实验现象是否明显，这样有利于观察比较;

3）研究某一种因素对化学反应速率的影响时，还要注意控制其他条件都相同。

2.6  实验方案（见图1）

2.7  实验演示

温度、浓度、催化剂、接触面积对化学反应速率的影响，实验操作、现象、结论如表1所示。

2.8  实验小结

通过以上探究和NB虚拟实验的演示，发现影响化学反应速率的因素主要分为两个方面：一方面是内因，指的是反应物的结构和性质，是决定化学反应速率的主要因素;另一方面是外因，主要包括温度、反应物的浓度、催化剂、接触面积等。NB虚拟实验中清楚地观察到在其他条件不变的情况下，随着温度的升高，化学反应速率加快;温度降低，化学反应速率减小。在其他条件不变时，增大反应物的浓度，化学反应速率也随之增大;反之，化学反应速率也随之减小。使用正催化剂也能使化学反应速率增大，反之减小。增大反应物的接触面积，化学反应的速率也会增大;减小接触面积，化学反应速率降低。此外，影响化学反应速率的影响因素还包括压强、光、超声波、电磁波、原电池等。

3  NB虚拟实验的挑战与展望

随着我国科学和教育的不断发展，虚拟实验做得越来越成功，NB虚拟软件就是具体的表现形式。它可以协助教师给学生进行实验演示，给学生带来视觉上的冲击，让学生更加清楚地观察到实验现象;还可以降低实验成本，提高实验的安全性，对于一些高危有毒的实验，教师通过NB虚拟实验为学生演示，从而达到更好的实验效果。

NB虚拟实验目前在化学领域已经开发的类型有无机实验、有机实验、演示实验、晶体结构四大类型。其中，无机实验以独立开发的化学反应引擎、热力学引擎、粒子引擎、重力引擎为基础，此外还有丰富的实验器材、充足的化学药品，可以完成初高中所需的各种无机实验;有机实验主要研究有机物化学反应的类型及反应条件，各种物质之间的合成转化以及反应机理，帮助学生更好地理解有机化合物的组成、结构、性质、制备方法;演示实验就是通过3～5分钟的短视频，对一些重点实验进行演示，以短视频的形式，可以更好地协助教师将知识点讲解清楚;晶体结构主要包括3D化展示晶体以及晶胞的各种知识，包含球棍、堆积等多种展现形式，可帮助学生更好地学习晶体相关结构。

尽管NB虚拟实验的优势显而易见，但其在课堂教学中仍然存在一定的挑战。首先，教师或者学生在NB虚拟实验操作界面上操作，无法感受到实验室的真实存在，界面过于平面化。如果NB虚拟实验能够更加三维和立体，教师和学生的感受会更加真切。其次，将NB虚拟实验较多地应用于化学课堂教学，学生的实际实验操作能力可能会下降。那么，如何利用NB虚拟实验使教学效果变得更好，还需要一线教师不断探索。

当前，我国虚拟实验的发展处于初级阶段，NB虚拟实验亦是如此，但是NB虚拟实验具有较高的灵活性和创新性，随着软件技术和教育体系的发展，NB虚拟实验必将为未来的化学教学提供更多的可能性。

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