基于NB 虚拟实验进行中学化学实验的试误教学*——以“探究原电池的形成条件”为例

禹圆圆 毕淑娴 赵童 杨婷婷

宁夏大学化学化工学院 银川 750021

1 研究背景

为积极推进“互联网+教育”发展，教育部制定了《教育信息化2.0 行动计划》，提倡将信息技术应用于教学。NB 化学实验是一款化学虚拟实验教学软件，涵盖中学化学的100 多种实验设备和200 多种实验药物，包含中学全部经典实验[1]。该虚拟实验软件提供与实际实验操作方法类似的操作体验，可以帮助学生练习实验操作或进行探究性实验，NB 虚拟实验具备资源共享、绿色化、安全化和可操作性等优点，将其应用于化学教学中，能够锻炼学生的实验探究能力，推动高质量教学的发展[2]。试误技能是修正学习者的错误，推动尝试的行为方式，主要包括四个要素，如图1 所示。在试误教学中，教师鼓励学生敢于犯错误，让学生大胆尝试，尝试后，教师指出具体节点失误，引导学生回到正确的思维轨道上，得出正确结论。通过试误教学，可以打破学生思维的局限性，有利于探究性教学的开展。

图1 试误技能的构成要素

当前，关于试误技能在化学中应用的研究很少，且多以理论研究为主，关于试误教学的具体化学案例寥寥无几。关于NB 虚拟实验的文献和教学案例更是少之又少，无法为NB 虚拟实验应用于化学具体教学提供案例参考。因此，将NB 虚拟实验应用于中学化学的试误教学中，能够为创新性教学提供思路。并且，在该教学过程中，能够强化正确知识，修正错误观点，最大限度地让学生深刻认识知识内容，吸引学生兴趣，拓展学生思维，锻炼学生的实验素质，提升学生的实验探究能力。

2 设计思路及亮点

原电池是化学必修2 第二章第二节化学能与电能部分的知识内容，是电化学的重要知识[3]。基于NB 虚拟实验，以“探究原电池的形成条件”为课题进行试误教学，对由学生尝试的三次探究性实验进行归纳分析，分别得出形成原电池的三个必备条件。在此试误过程中，教师扮演指导者和组织者，学生是探究实验的主体，通过不断试误，不断修正错误，最终发现知识，获取知识。在课程总结后，教师让学生利用NB 虚拟实验基于所学知识再次练习，加深学生对于知识的深刻理解与掌握。最后，教师让学生联系生活，设计具有创造性的原电池。这一过程不仅是对学生所掌握的知识的巩固，而且能够引起学生极大的学习兴趣，让学生热爱化学，明白化学源于生活，又服务生活的真谛。

3 教学目标

3.1 知识与技能

知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转为电能的装置，掌握构成原电池的形成条件。

3.2 过程与方法

通过利用NB 虚拟实验技术进行试误教学，提高学生观察、分析和问题探究能力，让学生在自主探究的过程中获取新知。

3.3 情感态度与价值观

通过利用NB 虚拟实验进行探究性实验，让学生真实感受到科学探究的艰辛与喜悦，培养学生的科学意识和社会责任感。通过试误教学，激发学生胆量，给予学生自信，让学生敢于犯错误，敢于修正错误，敢于在尝试中探索新知，以此培养学生的科学探究精神。

4 教学过程

环节一：生活情境，引入课题

【情境】随着科学技术和社会的发展，各式各样的电器进入我们的生活，比如电脑、电视、手机等电子设备。而这些电子设备的使用离不开电，那电从何而来呢？

【讲述】一次能源是直接从自然界取得的能源，如太阳能、风能、石油等。一次化学能源经过一系列的加工转化，最终转化为电能，其转化过程如图2 所示。

图2 转化过程

燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，它是使化学能转化为电能的关键，氧化还原反应的实质是氧化剂与还原剂之间发生了电子转移。设计使该电子转移过程形成定向移动的电子流，可直接将化学能转化为电能。

环节二：探究原电池的形成条件

【设疑】如何使氧化还原过程中的电子定向移动产生电流呢？

【教师】介绍NB 虚拟实验及操作方法，学生根据NB 实验提供的仪器和试剂进行实验。

【学生实验】学生亲自尝试设计实验，目的是让实验中产生定向电流。第一组实验探究的情况如表1 所示。

表1 实验探究一：不同电极对电流产生的影响

【设计意图】该教学环节中，教师应用试误技能的“推动尝试”技能要素，让学生自己动手尝试学习，引导学生主动尝试错误，及时纠正错误，最终获得正确知识，即原电池的形成条件之一是需具备活泼性不同的两个电极。让学生在获得知识的同时，体验成功的喜悦，增强化学学习的信心。使用NB 虚拟实验设备进行探究性教学有利于考查学生基础知识是否扎实，思维逻辑是否严密，实验操作技能是否合格。

【学生实验】第二组学生尝试实验探究情况如表2 所示。

表2 实验探究二：电解质溶液对电流产生的影响

【设计意图】通过探究一的学习，学生大胆尝试，更换不同溶液发现并不是所有装置都有电流产生，以此展开原电池构成溶液的探究，最终发现只有电解质溶液才能使装置产生电流，且强电解质中的指针偏转大，产生电流强；弱电解质中的指针偏转小，产生电流弱。在这一环节中，教师主动设计“陷阱”，让学生放心去尝试时，发现没有电流产生，这时引导学生借助之前学过的电解质和非电解质以及强电解质和弱电解质的相关知识并结合所选用的试剂不同对上述实验进行分析，最终发现，出现以上现象的原因是烧杯中溶液的导电能力存在差异，电解质溶液可以导电（H2SO4是强电解质，H2O是弱电解质），相较而言，强电解质的导电能力强、弱电解质的导电能力弱，而非电解质溶液不能导电（CH3COOH 是非电解质）。

通过尝试，学生发现了形成原电池需具备的另一条件，即需要电解质溶液。这一过程中，考查学生对于电解质的相关知识掌握情况，对于知识掌握程度弱的学生，教师要及时地引导和启发，帮助他们获取正确的知识。

【学生实验】第三组实验探究情况如表3 所示。

表3 实验探究三：闭合回路对电流产生的影响

【设计意图】在该探究过程中，有的学生将两电极分别插入两个稀硫酸溶液中，发现没有电流，然后又尝试插入盐桥，发现电流计的指针偏转，说明有电流产生。在该环节中，学生敢于尝试，不拘一格，发现了盐桥的用途，通过思考探究得出形成原电池的又一条件，即需形成闭合回路。此时，教师对学生作出及时的肯定性评价，增强学生探究性学习的自信心，让学生更加积极主动地探索新知识，学习化学知识。

可见，基于NB 虚拟实验进行试误教学是信息技术与试误技能的完美融合，有利于学生探索获取新知，能够提升学生的创新意识和科学探究能力。

环节三：教师总结，学生回顾练习

【讲解】让学生利用化学反应设计实验装置创造电流，发现部分学生的实验装置中产生了电流，说明该实验装置将化学能转化成了电能。

1）原电池：化学能转化为电能的装置。

【讲解】通过上述三组探究性实验，发现实验装置产生电流，形成原电池，需具备以下四个条件。

2）原电池形成条件

①两种活泼性不同的金属（或一种是能导电的非金属如碳棒）作电极；②电解质溶液；③闭合回路；④能自发地进行氧化还原反应。

【学生】学生基于氧化还原反应角度理解原电池的形成条件，并自行练习上述实验。

【设计意图】教师及时对所学内容进行归纳整理，有利于学生清晰原电池的形成条件，深刻理解该部分的知识内容。同时，使用NB 虚拟实验软件让学生对上述实验进行练习，加深学生对于知识内容的理解与记忆，锻炼学生的化学实验操作技能，让学生学会必备知识与关键技能。

环节四：课后任务，自制原电池

【教师活动】组织学生利用NB 虚拟实验软件自行设计富有创意的原电池，教师巡视、指导学生实验。

【学生活动】学生设计创意原电池，在第一个实验中，学生采用苹果充当电解质溶液，插入锌、铜电极，用导线连接电极和电流计，观察到有电流产生。在第二个实验中，学生将电流计换成了小电动机，可以观察到，当线路连接完整时，小电动机的风扇转动。在第三个实验中，学生将电流计换成了小灯泡，可以观察到，当线路连接完整时，小灯泡亮了。

【设计意图】注重学生能力的培养，让学生将本节课所学知识学以致用，重视学生创造力的培养，让学生从生活事物出发，发现化学，感知化学，创造化学[4]。这有利于激发对于化学的热爱，让学生在学习化学知识的同时，感受化学无处不在的神奇魅力。

5 结论

5.1 基于真实化学实验限制，灵活使用NB虚拟实验

NB 化学实验利用云平台，实现了师生之间的资源共享，实现了知识和经验的交流与探究。在NB 化学虚拟实验室环境中，不用担心药品的浪费与实验的危险性。利用NB 化学实验器材库中的器材可以自由操作、练习、尝试或搭建合理的实验，还可以感受“真实的”化学实验情境，让学生随时随地感受化学实验带来的乐趣，寓教于乐。

5.2 使用试误技能尝试教学，主动引导学生走出误区

使用试误技能进行教学，教师在设计“陷阱”时，要设想可能会出现的情况，并制定应对策略，以帮助学生快速高效地跳出陷阱，达到教学目标。在学生认识到错误后，教师一定要给出准确答案并进行概念强化，否则，会让学生对正确答案印象不深，对错误答案念念不忘。教师使用试误技能进行教学，应以鼓励和肯定的评价为主，让学生不怕犯错误，勇敢尝试，培养学生的科学探究能力。

5.3 基于NB 虚拟实验进行试误教学，创新化学教学形式

试误技能和NB 虚拟实验都有利于探究性实验的开展，利用各自的优势和特点进行化学实验探究教学，能够加深学生对于原电池的形成条件知识内容的深刻理解，且有利于学生掌握基本的化学实验操作。在教学时，教师引导学生充分参与到探究环节中，让学生通过自主探索、积极尝试、归纳结论、尝试验证等一系列的流程最终获取新知，并对知识内容形成长久的印象。这一探究性的学习过程能够锻炼学生的观察学习能力、发现学习能力以及动手操作能力，且这种鼓励学生大胆尝试的教学方式有利于学生发散思维的形成，帮助学生学会创新、学会学习，以此促进学生创新意识和科学探究能力的发展。