教师的得力助手——虚拟实验室

摘  要：随着科学技术的发展，初中化学实验课堂中引入虚拟实验，能够避免真实实验存在的问题并促进教学.据此，文章在初中化学实验中引入了可视化技术，构建虚拟实验室，先介绍化学实验课堂中运用虚拟实验室的优势，然后介绍两者结合的教学设计与案例分析，旨在提升化学实验教学效果，推动学生能力的全面发展.

关键词：可视化教学；虚拟实验室；初中化学

中图分类号：G632    文献标识码：A    文章编号：1008-0333（2024）02-0122-03

收稿日期：2023-10-15

作者简介：陈丹丹（1991.3-），女 ，江苏省苏州人，硕士，一级教师，从事初中化学教学研究.

当前，在初中化学实验教学中还存在一些问题，如，实验教学以教师演示为主，学生不能清晰地看到实验现象；受资源限制影响，学生没有机会自己动手操作，这些都极大地影响化学教学的质量.现阶段随着实验技术的发展，市场上推出的“仿真物理实验室”软件能够较高程度地仿真实验现象，呈现精准的实验数据，解决传统化学实验教学中受其他因素影响而无法顺利开展的问题，为化学实验教学领域注入新动力.

1 初中化学课堂中虚拟实验室运用的优势

1.1 激发学生学习热情

在课堂中运用虚拟实验室可视化教学的模式进行化学实验教学，能够让学生“身临其境”，建立对化学知识学习的热情［1］.

1.2 借助信息技术创建虚拟实验情境

为了提升初中生化学学习的热情，加强学生们对化学抽象知识的理解与运用，体会人们生活工作中化学知识的重要性，教师往往在化学课堂中运用可视化技术创建虚拟实验室，为学生创建化学教学情境.

2 虚拟实验室辅助化学实验教学的设计

2.1 教学设计原则

第一，综合性原则.教师设计教学的时候，不但要思考教学目标与教学内容，还要考虑教学对象.教师可以带领学生针对一个实验开展不同形式的实验，然后对实验结果进行比较.教师还可以使用知识迁移的方法，将以往实验的方法迁移到新的实验中，让学生能够综合运用实验知识解决化学问题.

第二，可行性原则.教师在设计化学教学的时候，还要考虑涉及实验操作的可行性，不仅要符合教学设计的内部条件，还要符合外部条件.在实施虚拟实验教学设计的时候，教师要先确定初中生的认知特点，然后在此基础上学习新的知识，完善自身知识网络.另外，还要考虑借助可视化技术构建虚拟实验课堂时的硬件条件，思考使用虚拟实验室的可行性.

第三，反馈性原则.教师设计教学过程是为了让学生更好地掌握知识，有时为了了解学生学习情况，需要获得精准的数据信息并分析.教师利用学生回答问题的情况进行精准反馈，了解学生对知识理解能力与掌握情况.所以在借助可视化技术构建虚拟实验室的时候，要注重使用虚拟实验平台观察学生的实验过程，及时准确地给予学生反馈信息.

2.2 基于可视化技术设计学习环境

第一，物理环境.此处的物理环境指能够支持教师开展虚拟实验的多媒体设备环境.在化学实验教学前对化学实验室中的物理环境进行调研，可知学校是否具备能够开展虚拟实验的物理环境条件.

第二，技术学习环境.从学生的角度着手，教师在为其设计技术学习环境时要注意知识结构导图与学习目标导图两部分，让学生能够在虚拟实验室的辅助下建立清晰的学习目标导图，避免在学习过程中产生逻辑混淆问题，能够明确知道自己是否实现学习目标.教师在设计技术学习环境的时候，要迎合学生自主合作交流的需求，在新环境下激发学生学习兴趣.另外，教师还要注意学生知识结构导图的构建，能够理清学习知识间的关系，帮助学生能够快速地内化知识，重构知识图式.

第三，资源学习环境.教师在设计资源学习环境的时候要结合学生化学知识学习的情况，防止因为提供简单的学习资源导致学生浪费学习时间.同时在信息环境下虚拟实验室的构建中，要为学生开放资源学习环境，让其有独立虚拟实验操作的机会.也就是说教师要着眼为学生组织信息化教学资源的需求，通过虚拟实验室为学生整合并优化教学资源，提升信息的共享性，确保在教学设计中有针对性地为学生提供信息化资源.

2.3 基于虛拟实验室设计教学过程

教师在以自己为主导设计教学活动的时候，应结合学生学情与教学设计的原则，有效设计虚拟实验室辅助课堂的教学过程，在可视化技术虚拟实验的辅助下，结合教学内容，组织学生自主运用信息技术实施自主探究活动.所以设计的教学过程为新课导入、布置任务、学生自主合作探究、完成任务、总结知识、布置作业［2］.

教师在以学生为主体设计教学活动的时候，要组织学生实施自主探究、合作交流，通过学习活动的设计让学生真正融入虚拟实验教学活动中.在教师引导学生研究学习任务、进行协作学习后，学生能够学会学习.基于此设计的学生活动包括观察实验、设计实验、讨论交流等.在设计教学过程的时候

运用虚拟实验室，不但要向学生提供实验素材、创建情境，还要让学生通过信息技术对实验进行“操作”，以此能够更好地思考知识、迁移知识，能够通过在虚拟实验中与同伴讨论实验装置、实验原理等，并完成实验报告.

教学过程的设计，要联系学生生活实际引入新知.化学实验往往与人们生活生产密切相关，通过学生熟悉情境的构建，能够激发他们的学习兴趣，然后在新旧知识衔接下，使用启发、讨论、对比、总结的方法引导学生进一步迁移知识，教师此时使用虚拟实验室为学生虚拟展示实验步骤，清晰展示药品的取用方法、实验装置的连接、数据的精准变化.然后教师布置启发性任务，让学生自己或者与同伴合作探究，通过自己操作虚拟实验，观察实验步骤并记录.教师此时要监督指导，让学生熟悉实验流程，加强对实验环节的掌握.最后在教师的提问下由学生做汇报总结，完成知识的总结整理.

3 虚拟实验室辅助化学实验教学的实践

以初三化学“二氧化碳的制取”探究性实验课为例，教师将学生带到计算机教室进行虚拟实验探究课.课堂中使用生活情境导入法与新旧知识衔接法，先利用与学生生活有关的情景引发学生学习二氧化碳的兴趣，然后经过与氧气实验的对比，让学生回忆曾经学习过的氧气的制取知识，通过知识迁移的手段能够自主探究或者合作交流二氧化碳的制取步骤.如此，在知识的衔接下帮助学生更好地理解知识.具体教学过程如下.

3.1 创建情境引入新知

教师询问学生见过泡腾片吗？现场为学生展示维C泡腾片放入水中的现象，然后借助多媒体为学生播放关于全球变暖和温室效应的相关视频，告诉学生泡腾片与温室效应、全球变暖都与二氧化碳有关.通过教师创建实际情境，让学生对二氧化碳有一定的了解与认知，同时提升了学生的学习兴趣，自然过渡到新知的讲授.

3.2 新旧知识衔接

请学生回忆之前学习过的“氧气的制取方法”，思考并回忆实验室制取、收集氧气的方法与化学方程式、氧气的特点等知识.通过学生自主思考并总结反思归纳知识点，培养其知识总结与探究能力.

3.3 借助虚拟实验室进行模拟演示

在计算机中实现下载好NB化学实验软件，在课堂中提出探究问题：“我们能不能用制取氧气的思路来制取二氧化碳呢？”然后借助计算机中虚拟实验平台为学生展示制取氧气的实验，为即将进行的二氧化碳的制取提供示范，进一步激发学生动手做制取二氧化碳实验的兴趣.学生们在教师虚拟实验的演示下，能够掌握使用虚拟实验的操作要领.

3.4发布实验探究任务

以小组合作探究为主，教师先将学生进行分组，让每一小组中的学生做好实验的分工，一同合作操作实验，观察实验，总结实验结果［3］.

任务一，确定制取二氧化碳的反应物.教师给出三组制取二氧化碳的反应物，询问学生哪组能够作为实验室制取二氧化碳理想的原料.三组原料分别是：碳酸钠和稀盐酸、石灰石和稀硫酸、石灰石和稀盐酸.教师提出要求“请你借助虚拟实验软件做虚拟实验，找到最适合制取二氧化碳的原料”.学生们通过虚拟实验软件做实验，观察并记录不同原料反应生成二氧化碳时的现象，通过虚拟实验平台，学生们以碳酸钠和稀盐酸为原材料制取二氧化碳，发现

加入药品之后马上发生化学反应生成二氧化碳，反应过快，不容易收集气体；石灰石和稀硫酸发生反应时产生二氧化碳的同时还生成硫酸钙，硫酸钙是微溶物，阻碍反应继续进行；石灰石和稀盐酸反应的速度适中，还没有微溶物生产，所以与前两种药品相比，石灰石和稀盐酸更加符合实验室制取二氧化碳.学生们使用虚拟实验软件进行实验操作，不仅可以锻炼动手能力，还可以在小组合作中培养学生的合作精神，通过实验的对比直观得出最适合制取二氧化碳的原料.

任务二，确定制取二氧化碳的实验装置.请学生回忆制取氧气实验中的反应装置与实验方法，问题：（1）实验室制取气体的装置要有几部分？（2）选择实验装置的时候要考虑哪些因素？（3）收集气体的方法有哪些？在对这些问题思考后，教师借助多媒体为学生展示实验室制取二氧化碳的装置，包括发生装置、收集气体的装置.请学生自主动手操作，按照教师提供的仪器确定制取二氧化碳的装置.然后边做实验边思考这个装置是否最佳，通过实验对比总结出最适合的装置.在确定制取二氧化碳实验装置的任务中，教师为学生直接提供虚拟实验环境与任务，然后让学生自主思考讨论，在虚拟实验中确定实验装置.

任务三，确定二氧化碳的检验方法.教师提出层次性任务：二氧化碳的檢验方法；二氧化碳的验满方法；实验室制取二氧化碳的完整步骤.请学生通过对氧气检验与验满的方法进行知识迁移，尝试总结二氧化碳的检验与验满方法，然后请两名学生到讲台上完整做出制取、收集二氧化碳的虚拟实验，其他学生认真观察并指出是否正确.以此通过师生互动提升学生实验的参与感，提升其实验操作能力.

4 结束语

虚拟实验室辅助初中化学课堂，能够帮助教师代替真实的实验，解决学校教学资源不足、实验课时少等问题.另外，在虚拟实验室的运用下，还能有效培养学生的自主探究能力，增强化学学科素养.虚拟实验室不仅为教师提供新的教学方式，还为学生提供了能够自主学习的实践操作平台，符合新课标培养学生自主探究能力、合作意识与创新思维的要求.

参考文献：［1］ 李燃，吴兰，王春.虚拟仿真实验在初中化学实验教学中的探索与实践［J］.中国现代教育装备，2021（06）：36-38，41.

［2］ 吴晓红，王沺菁，康泽伟.虚拟仿真软件在中学化学教学中的应用研究综述［J］.中国教育信息化，2020（20）：54-58.

［3］ 兰晓琴，吴荣华.信息化工具支持下的四线式教学模式设计与应用［J］.中国教育技术装备，2020（11）：23-26，34.

［责任编辑：季春阳］