借助虛擬試驗培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

沈文晶

【摘 要】培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，是高中化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一，因此，任課教師應(yīng)提高認(rèn)識，將其融入到相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中。實驗是高中化學(xué)的重要知識點，教師應(yīng)注重在實驗中滲透學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識培養(yǎng)工作，尤其應(yīng)與時俱進(jìn)，結(jié)合具體實驗內(nèi)容，巧妙運用虛擬實驗，不斷提高教學(xué)質(zhì)量與效率。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué);虛擬實驗;科學(xué)探究;創(chuàng)新意識

虛擬實驗是信息技術(shù)發(fā)展而來的產(chǎn)物，指借助多媒體、仿真、虛擬現(xiàn)實（VR）等技術(shù)，在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的軟硬件操作環(huán)境。實踐表明，將虛擬實驗應(yīng)用到高中化學(xué)教學(xué)，可很好的激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，因此，教師應(yīng)充分認(rèn)識到虛擬實驗的重要性，積極采取措施，不斷提高虛擬實驗應(yīng)意識與水平。

一、高中化學(xué)虛擬實驗優(yōu)點分析

與傳統(tǒng)實驗相比，虛擬實驗優(yōu)點突出，主要體現(xiàn)在以下幾點：首先，趣味性強。多數(shù)學(xué)生對信息技術(shù)充滿興趣，而虛擬實驗基于信息技術(shù)。實驗中，學(xué)生通過虛擬實驗平臺便可進(jìn)行實驗，猶如“打游戲”能很好的激發(fā)學(xué)生的實驗積極性。其次，操作方便。虛擬實驗只需根據(jù)實驗?zāi)康模檬髽?biāo)拖動實驗器材、實驗藥劑，便可完成實驗裝置的連接，實驗操作方便。另外，可有效避免實驗不當(dāng)引發(fā)危險，安全性高。最后，實驗現(xiàn)象明顯。虛擬實驗平臺由專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)高中化學(xué)實驗內(nèi)容開發(fā)，實驗現(xiàn)象明顯，易于觀察，可大大提高實驗效率。

二、高中化學(xué)虛擬實驗應(yīng)用原則

借助虛擬實驗，可靈活組裝各種實驗裝置，進(jìn)行實驗探究與創(chuàng)新。但為獲得良好的實驗教學(xué)效果，教師應(yīng)用虛擬實驗時應(yīng)注意把握以下原則：

1.適可而止原則

高中化學(xué)教學(xué)中，虛擬實驗主要用于輔助教學(xué)，仍不能完全替代傳統(tǒng)實驗，因此，教師應(yīng)正確處理虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗的關(guān)系，根據(jù)實際實驗內(nèi)容，靈活應(yīng)用虛擬實驗開展教學(xué)，但不能對虛擬實驗過分依賴，應(yīng)根據(jù)實驗教學(xué)目標(biāo)，適可而止。

2.合理規(guī)劃原則

高中化學(xué)實驗內(nèi)容較多，為獲得預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生實驗探究與創(chuàng)新意識的提升，教師應(yīng)進(jìn)行合理規(guī)劃。一方面，明確虛擬實驗教學(xué)目標(biāo)。開展虛擬實驗時，要求學(xué)生熟練掌握實驗原理，靈活運用所學(xué)敢于探究與創(chuàng)新，鞏固學(xué)生實驗實施的同時，不斷提升科學(xué)探究、創(chuàng)新能力。另一方面，合理安排虛擬實驗時間。高中化學(xué)實驗課堂時間寶貴，教師應(yīng)從整體上對虛擬實驗進(jìn)行把握，根據(jù)實驗內(nèi)容安排合理的時間，提高虛擬實驗教學(xué)效率。

3.注重總結(jié)原則

虛擬實驗是一種新的實驗方式，教師運用中難免遇到一些問題，因此，為更好的發(fā)揮虛擬實驗的優(yōu)點，使其更好的為高中化學(xué)實驗教學(xué)服務(wù)，教師應(yīng)做好虛擬實驗應(yīng)用總結(jié)，反思虛擬實驗教學(xué)中存在的不足，積極采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，不斷提高虛擬實驗應(yīng)用水平。

三、高中化學(xué)虛擬實驗的應(yīng)用策略

為更好的應(yīng)用虛擬實驗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，教師應(yīng)立足以往教學(xué)經(jīng)驗，做好虛擬實驗理論學(xué)習(xí)，不斷尋找與總結(jié)虛擬實驗應(yīng)用策略。

1.認(rèn)真學(xué)習(xí)虛擬實驗知識

虛擬實驗涉及的專業(yè)知識較多，對教師的要求較高，不僅要掌握高中化學(xué)實驗內(nèi)容，更要能夠熟練操作虛擬實驗平臺，因此，為提升學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識做好鋪墊，教師應(yīng)認(rèn)真落實以下內(nèi)容：一方面，向相關(guān)的技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)虛擬實驗操作理論，明確虛擬實驗平臺功能以及相關(guān)工具的操作方法（如圖1所示，虛擬實驗室平臺）。

另一方面，根據(jù)實驗內(nèi)容，先嘗試著進(jìn)行操作，不斷總結(jié)經(jīng)驗，以更好的向?qū)W生傳授虛擬實驗操作方法、操作技巧，避免學(xué)生走彎路，提高實驗教學(xué)效率。另外，為提升虛擬實驗教學(xué)效率，教師應(yīng)抱著持續(xù)學(xué)習(xí)意識，積極參與聽課以及教學(xué)研討活動，注重向經(jīng)驗豐富的教師學(xué)習(xí)、請教，借鑒他人成功經(jīng)驗，總結(jié)一套適合自己的方法。

2.做好虛擬實驗應(yīng)用演練

為使學(xué)生更好的應(yīng)用虛擬實驗平臺做相關(guān)化學(xué)實驗，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，更好培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，教師應(yīng)采取措施，提高學(xué)生的虛擬實驗平臺操作能力。一方面，教學(xué)實踐中，注重虛擬實驗平臺知識講解，使學(xué)生不僅認(rèn)識，更要掌握虛擬實驗平臺操作理論。另一方面，結(jié)合相關(guān)實驗，鼓勵學(xué)生嘗試著應(yīng)用虛擬實驗平臺進(jìn)行訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)問題及時詢問教師，使學(xué)生盡快掌握虛擬平臺操作方法，以及操作時的注意事項。

例如：鋁熱反應(yīng)是高中化學(xué)重要的化學(xué)反應(yīng)之一，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

因?qū)嶒灋榉艧岱磻?yīng)，具有一定的危險性。教學(xué)實踐中，教師可以“鋁熱反應(yīng)”為例，要求學(xué)生在虛擬平臺上進(jìn)行實驗，在降低危險性的同時，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉鋁熱反應(yīng)實驗步驟，更深刻的記憶與掌握鋁熱反應(yīng)的實驗現(xiàn)象、實驗原理，實驗裝置（如圖2所示）。

學(xué)生通過在虛擬平臺上做“鋁熱反應(yīng)”實驗，意識到實驗過程中應(yīng)注意以下問題：其一，為方便熔融物下落，應(yīng)將紙漏斗打濕，而且還應(yīng)剪孔。其二，反應(yīng)生成的熔融物溫度較高，為防止蒸發(fā)皿炸裂，應(yīng)在蒸發(fā)皿盛沙子。另外，教師應(yīng)注重鼓勵學(xué)生做好虛擬實驗平臺操作總結(jié)，即，給學(xué)生留下一定的討論、思考時間，既要反思虛擬平臺應(yīng)用中的不足，又要根據(jù)實驗效果，反思實驗過程，加深對實驗內(nèi)容的理解。

3.注重鼓勵學(xué)生科學(xué)探究

高中化學(xué)教學(xué)實踐中，教師應(yīng)充分把握高中生心理，靈活應(yīng)用多種教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。一方面，運用分組比賽教學(xué)法。教師可要求學(xué)生做好高中化學(xué)課前預(yù)習(xí)，結(jié)合高中生爭強好勝、不服輸?shù)男睦恚捎梅纸M比賽方式開展教學(xué)，要求學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，利用虛擬實驗平臺進(jìn)行探究。

例如，在講解“鈉、鎂及其化合物”內(nèi)容時，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生應(yīng)用虛擬實驗探究鈉、鎂以及化合物的物質(zhì)性質(zhì)，看哪個小組探究的全面有深度，教師可通過方法小獎品的方式，給予獎勵，以不斷提高學(xué)生的探究熱情（如圖3探究鈉性質(zhì)的虛擬實驗界面）。

另一方面，給予學(xué)生探究過程的引導(dǎo)。利用虛擬實驗探究中，部分學(xué)生會遇到一些問題，為避免挫傷學(xué)生探究積極性，教師應(yīng)注重走到學(xué)生身邊，了解學(xué)生虛擬實驗情況，在難點之處給予點撥，使學(xué)生“柳暗花明”，樹立良好的虛擬實驗自信，更加主動、積極的投入到實驗探究活動中。

4.積極提高學(xué)生的創(chuàng)新意識

高中化學(xué)實驗內(nèi)容較多，僅僅掌握教材中的實驗內(nèi)容是不夠的。為更好的提高學(xué)生的實驗?zāi)芰σ约皩嶒瀯?chuàng)新意識，教師還應(yīng)立足高中化學(xué)實驗內(nèi)容，將提高學(xué)生的創(chuàng)新意識作為重要內(nèi)容加以落實，更好的滿足當(dāng)前高中化學(xué)實驗教學(xué)要求。一方面，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。教學(xué)實踐中，教師應(yīng)為學(xué)生講解創(chuàng)新的重要性，尤其利用虛擬實驗平臺開展教學(xué)時，教師可提出相關(guān)問題要求學(xué)生進(jìn)行思考、解答，如為了更好的獲得實驗結(jié)論，該怎樣更換實驗器材，并要求學(xué)生通過虛擬實驗驗證實驗效果。另一方面，提升學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力。教學(xué)實踐中，教師應(yīng)積累優(yōu)秀的實驗試題，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生布置新穎的實驗試題，要求學(xué)生積極思考、靈活運用虛擬實驗平臺不斷的進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練，使學(xué)生盡可能多的尋找實驗方案，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的不斷提升。

例如：在講解原電池原理知識點后，為加深學(xué)生對原電池原理的理解，熟練掌握兩極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，教師要求學(xué)生根據(jù)教材內(nèi)容，應(yīng)用虛擬實驗平臺做相關(guān)實驗，實驗裝置如圖4所示：

開始實驗后，發(fā)現(xiàn)了以下現(xiàn)象：電流比較微弱，而且電池放電效率太低，鋅極板有大量氣泡出現(xiàn)，影響觀察效果。針對實驗中存在的不良問題，教師鼓勵學(xué)生聯(lián)想所學(xué)，借助虛擬實驗平臺對原電池進(jìn)行改進(jìn)，最終改進(jìn)后的實驗如圖5所示。改進(jìn)后的實驗克服了鋅極板有大量氣泡的現(xiàn)象，而且鹽橋能很好的說明內(nèi)電路中離子的遷移，加深學(xué)生對原電池原理理解的同時，進(jìn)一步提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

虛擬實驗是一種新的實驗形式，在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用取得良好效果。教學(xué)實踐中，教師應(yīng)充分認(rèn)識到虛擬實驗的優(yōu)點，做好虛擬實驗在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究，不斷提高學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，為促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升奠定基礎(chǔ)。本文通過研究得出的結(jié)論有：

1.為更好的利用虛擬實驗開展高中化學(xué)教學(xué)工作，教師不僅要加強虛擬實驗理論學(xué)習(xí)，更要總結(jié)虛擬實驗教學(xué)經(jīng)驗，明確虛擬實驗應(yīng)用原則。

2.教學(xué)實踐中，教師還應(yīng)花費大量精力，積極尋找與應(yīng)用虛擬實驗教學(xué)策略，既要注重反思與優(yōu)化教學(xué)中的不足，又要通過理論學(xué)習(xí)，向經(jīng)驗豐富的教師請教，提高虛擬實驗應(yīng)用水平。

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