虚拟实验在农村初中化学实验教学中的应用探究

摘 要：在调查中发现，农村信息化教学依然停留在课件、网络视频、动画的使用中，忽视了虚拟仿真技术在初中化学实验教学中的应用，在很大程度上制约了实验教学效果.鉴于此，文章結合初中化学实验教学实践，分析了NOBOOK虚拟技术在农村化学实验教学中的应用价值和具体策略.

关键词：虚拟实验；农村初中；化学实验；初中化学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）29-0119-03

收稿日期：2023-07-15

作者简介：柏志军（1978.8-），男，甘肃省徽县人，中小学一级教师，从事初中化学教学研究.

基金项目：本文系甘肃省教育科学“十四五”规划2022年度一般课题“虚拟实验在农村初中化学实验教学中的应用探究”的阶段性研究成果（课题立项号：GS[2022]GHB0855）

在《义务教育化学课程标准》中明确提出了“实验主题”，肯定了化学教学的重要性，并对其提出了明确的教学要求，即：锻炼学生的知识技能、问题解决、科学探究素养，旨在借助化学实验这一载体，培养和发展学生的化学核心素养.但是针对农村初中来说，由于缺乏必要的化学实验教学器材、实验教学设备滞后等，致使部分化学实验难以正常开展，基本上都是通过“口述讲解”的方式进行.在这种低效化的实验教学模式下，不仅浪费了课堂时间，学生也难以在实验操作和探究学习中，获得自身全面发展.鉴于此，唯有迎合“互联网+教育”的教育发展趋势，充分发挥虚拟技术，将其与实验教学整合到一起，充分发挥虚拟实验的教育价值.

1 农村初中化学实验教学现状研究

1.1 师生重视态度不够

一方面，从学生的角度上来说，农村初中生虽然认为实验操作非常有趣，但其对待实验的态度却非常随意，也没有养成良好的实验习惯；另一方面，从农村化学教师的层面上来说，在化学实验教学中，教师作为引导者、组织者，教师自身的观念直接影响了实验教学的效果.但有些农村化学教师依然认为化学实验与学生成绩关联不大，常常将教学重点集中在化学理论知识教学中，肆意压缩实验教学课时.

1.2 实验教学方式单一

在新课程背景下，要求教师在开展实验教学时，应遵循“生本理念”的原则，结合不同的实验教学内容、学生的实际需求等，灵活开展实验教学.但针对农村化学实验教学来说，教师常常忽视化学实验教学方法的研究，基本上都是以教材为依据，借助演示、口述的方式进行教学.在这种一成不变的实验教学模式下，致使学生的参与程度比较低，无法借助化学实验培养学生的学科核心素养.

1.3 学校缺乏必备的实验资源

对农村初中来说，还存在明显的实验资源短缺现象：化学实验室常常只有一两个；在进行化学实验的时候，学生无法单独操作，只能以小组的形式开展；同时，初中化学实验学习中的相关仪器、药品更新周期相对比较长，伴随着使用过程中的耗损，导致其后期无法满足当前的实验教学要求；还有的农村学校缺乏必要的实验资源，导致只能通过“口头讲解”的方式进行教学.可以说，短缺的实验资源，严重制约了初中化学实验教学效果.

1.4 农村化学实验教学评价体系不够完善

在调查中发现，教师在农村实验教学评价时，只关注学生的实验结果，忽视了学生在化学实验探究过程.在这种片面的实验教学评价模式下，致使化学实验评价功能大打折扣，严重制约了化学实验教学质量^[1].

2 虚拟仿真实验概述

伴随着信息技术的发展，虚拟仿真技术开始应用到课堂教学中，并取得了显著的应用价值.虚拟仿真实验以人工智能和虚拟环境相结合的技术，充分借助多媒体技术、信息网络、虚拟仿真技术等，在计算机的终端上营造出一个虚拟且可视化的实验操作环境.在大量的虚拟实验教学平台中，农村中学在实施化学虚拟实验教学时，就可以借助NOBOOK虚拟实验平台，由于其获取非常简单，农村学校在已有的条件下，通过下载和安装即可使用，并且该虚拟实验教学软件中也囊括了人教版初中化学中涉及到的化学实验，教师可结合自己的教学需求，在这一平台上灵活设计实验教学方案.

NOBOOK虚拟实验平台极具交互性，将其应用到初中化学实验教学中，对学生的多重感官进行了刺激，最大限度唤醒了学生的化学实验激情，使其积极主动参与到实验学习中；NOBOOK虚拟实验平台的应用，使化学实验教学突破了时空的限制，每一位学生在家庭中都能完成实验学习，直到熟练掌握相关的操作技能；NOBOOK虚拟实验极具安全性，能够避免学生在实验操作中，因为操作错误、实验不规范等带来的安全隐患，还能将一些具备安全隐患的化学实验呈现在学生面前，最终达到实验教学的效果；NOBOOK虚拟实验平台可帮助学生进行反复实验，极大地降低了学生的实验成本，提升了实验教学效果^[2].

3 虚拟实验在农村初中化学实验教学中的具体运用

3.1 基于虚拟实验优化实验预习

实验教学作为初中化学教学的重要组成，也需要提前进行预习.在优化农村化学实验教学时，就可充分利用虚拟实验为学生提供一个更加真实、安全的实验操作环境，使学生在直观感知下，熟悉实验操作步骤，掌握化学实验基本操作方法，等等，为后面真实的实验操作学习奠定坚实的基础，真正提升初中化学实验学习的有效性.例如，在“粗盐中难溶性杂质的去除”实验预习教学中，就引导学生通过预习，掌握相关的实验仪器，明确基本的实验步骤，依次选择实验仪器进行溶解、过滤、蒸发、计算产率等.在这一实验预习要求中，如果单纯地按照传统的课本预习方式，很难达到这一效果.鉴于此，就可充分发挥NOBOOK虚拟实验平台的优势，引导学生在实验视频的反复观看中，高效达成既定的预习目标.也调动了学生的多重感官，唤醒了学生课前预习的兴趣.之后，在具体的实验课堂教学中，由于学生在虚拟实验学习中已经基本上掌握了实验操作的现状，就可结合实验内容，为学生设计一定的问题，如：在溶解、过滤、蒸发过程中，玻璃棒有什么作用？在实验操作中，哪些实验操作会对精盐的产率产生影响？接着，引导学生结合真实的实验操作、观察、思考和讨论等，在解决问题的过程中，完成实验的高效学习，真正落实学科素养下的教学要求^[3].

3.2 基于复杂问题实验化强化学习效果

在初中化学学习中，学生常常会面临一些复杂的知识点.面对这一现状，在优化重难点教学时，就应充分发挥NOBOOK虚拟实验平台的价值，将复杂的化学问题转化成为化学实验，将难以理解的化学现象可视化，在快速吸引学生注意力的基础上，促进知识的内化和理解.例如，在“探究盐酸和氢氧化钠溶液反应后成分的分析”教学中，由于初中生缺乏想象力，易于接受宏观的感性认识，在学习中常常面临着较大的困难.面对这一现状，就可充分发挥NOBOOK虚拟实验平台的交互性、可操作性等特点，将这一复杂的化学问题转化为形象的化学实验：先在仪器库中选择相关的实验器材和药品，再向烧杯中列入少量的氢氧化钠溶液，并在其中加入几滴酚酞试剂.之后，又向烧杯中加入一定量的稀盐酸，最终得到了无色的溶液.然后，围绕这一专题引导学生展开讨论、分析烧杯中无色溶液的可能情况：若烧杯中溶液酸碱恰好完全反應，则溶质中就会生成氯化钠；如果化学反应之后酸过量，那么烧杯溶质中就会有氯化钠和盐酸.围绕学生推论出来的结果，再次指导学生进行思考和讨论，确定出最终的验证方法，即：运用大理石或者活泼金属对溶液中是否有盐酸进行验证，并运用NOBOOK虚拟实验平台开展实验.如此一来，通过NOBOOK虚拟实验平台的应用，将复杂的化学问题转化成为化学实验，使学生在可视化的学习中，加深了知识的理解，真正提升了学生的学习效果^[4].

3.3 基于虚拟实验避免安全隐患

从化学学科的特点上来说，在具体的实验教学中，部分实验中涉及到了易爆易燃气体、生成物有毒有害等.面对这些极具危害性的化学实验，以往教师基本上都是采用讲解的方式进行教学，学生无法从中获得真实的感受，难以形成深刻的理解，致使所学的化学实验知识只停留于死记硬背的层面中.鉴于此，就可充分利用NOBOOK虚拟实验平台进行模拟，在避免安全隐患的同时，达到实验教学的目的.例如，在“一氧化碳还原氧化铁”实验教学中，由于该实验中一氧化碳具备一定的安全隐患，可借助虚拟实验平台，以视频演示的方式完成实验教学；另外，在这一实验中，如果没有将装置中的空气排出，在点燃酒精灯、通入一氧化碳的时候，就会出现真实的爆炸现象；在实验操作完成之后，如果同时关闭酒精灯，停止通气，就会出现液体导流的现象，进而导致玻璃试管被炸裂.这些现象均是由于操作不够规范造成的，而这些操作要点又极容易被学生忽视.面对这一现状，唯有借助NOBOOK虚拟实验平台才能避免安全隐患，并在虚拟实验学习中达到预期的效果.

3.4 整合相关知识，优化实验复习

化学学科知识点繁多、内容复杂，学生在学习的过程中，常常出现遗忘的现象.鉴于此，在化学实验教学中，非常有必要带领学生开展复习，使学生在复习中形成系统化的知识体系.此时，就可充分采用NOBOOK虚拟实验平台，将所学的实验教学视频整合起来，以专题的形式引导学生进行复习，使学生在直观的观看中，对所学的知识进行关联、整合等，最终完成化学实验的高效复习.例如，在“氧气及其性质复习”教学中，借助虚拟实验平台，将“实验室制取氧气”“氧气与木炭、硫粉、铁丝的反应”进行整合，形成复习视频.引导学生们在回忆复习中掌握相关实验的操作步骤，明确实验注意事项和误差分析，使得学生在复习中思考提出的实验问题.如此，通过NOBOOK虚拟实验平台在复习中的应用，可将多个化学实验进行整合、再现到学生面前，使学生在一次次的反复复习中，通过归纳、思考和总结等，真正实现相关知识的理解和内化，高效达成了既定的复习目标^[5].

综上所述，实验教学举足轻重，承担着培养学生学科素养的重任.但是针对农村学校而言，受到多种因素的制约，化学实验教学效果不甚理想，制约了化学实验的教育价值.唯有充分发挥虚拟实验的教学价值，结合实验教学内容、学生的实际情况等，将其科学、合理地融入到实验教学中，才能改善农村初中化学实验教学现状，提升实验教学效果.

参考文献：

[1] 赵彬.试论思维导图在小学中年段语文阅读教学中的运用[J].辽宁教育，2022（15）：59-64.

[2] 苏敏，陶倩.思维导图在小学语文阅读教学中的应用研究[J].重庆第二师范学院学报，2021，34（2）：82-87.

[3] 陈春燕.初中化学“虚拟实验”教学实践应用路径探究[J].数理化解题研究，2022（14）：128-130.

[4] 张天伟.虚拟实验在初中化学实验教学中的应用[J].西部素质教育，2020，6（1）：139.

[5] 何萍芬.谈虚拟实验在农村初中化学实验教学中的应用[J].中学课程辅导（教学研究），2019，13（2）：177.

[责任编辑：季春阳]