NOBOOK虛擬實驗在小學科學教學中的應用

徐國華

摘 要：虛擬實驗室是基于虛擬現實技術而建立的虛擬實驗空間，它作為傳統實物實驗的輔助工具對實驗教學發揮著重要作用。“NOBOOK虛擬實驗室”是近年興起的虛擬實驗教學平臺，本文以“溶解的快與慢”這一節為例，利用NOBOOK虛擬實驗室進行教學設計，讓學生體驗虛擬實驗的過程，克服傳統課堂實驗教學上的局限，為實驗教學改革提供了一種新思路。

關鍵詞：NOBOOK; 虛擬仿真; 實驗教學; 教學改革

中圖分類號：G623.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2020）12-053-002

一、前言

在教育信息化的背景下，利用虛擬仿真技術拓展實驗教學內容的廣度和深度，延伸實驗教學的時間和空間，提升實驗教學的質量和水平，是教育信息化的一個重要方向。2014年由北京樂步教育科技有限公司研發的“NOBOOK虛擬實驗室”系統是一款包含物理、化學、生物和小學科學的虛擬仿真實驗教學軟件[1]。它是目前較為先進的一款虛擬仿真實驗軟件。例如在小學科學虛擬實驗中包含物質科學領域、生命科學領域、地球與宇宙科學領域、技術與工程領域中的實驗，因其栩栩如生的畫面感而備受好評。而且“NOBOOK虛擬仿真實驗”軟件可實時更改實驗數據以獲得不同的實驗結果，并依托Flash交互技術，加入多維動畫，仿真性較高，在課堂上的互動效果較好，課后學生也可利用軟件復習所學知識[2]。

NOBOOK虛擬實驗室具有以下特點：一、虛擬實驗突破了空間的約束。虛擬實驗不局限于現有空間，它可以讓學生進入宏觀與微觀的世界，突破了所謂的常規空間的約束。比如模擬月球登陸實驗，學生可以利用鍵盤和鼠標，控制登月飛行器的降落和起飛，挑戰不同地點的安全著陸，學生可以感受到月球上引力和重力的大小。學生仿佛身臨其境一般;二、虛擬實驗超越了時間的限制。虛擬實驗可以突破常規的時間限制，在極短的時間內，向學生呈現幾百年甚至幾千年的實驗現象。比如巖石的風化是一個漫長的過程。通過虛擬實驗可以清楚地了解溫度、流水、動植物對巖石的影響。而課堂上的實驗由于時間限制效果并不明顯;三、高安全性，降低實驗風險。虛擬實驗可以降低實驗風險避免傳統實驗中發生的觸電、起火、爆炸等危險現象，特別是一些關于電學的實驗，具有一定的危險性。虛擬實驗可以提高實驗的安全性，減小實驗中對學生造成的不確定傷害;四、隨時隨地使用虛擬實驗可以滿足學生在課堂或課下隨時隨地使用的需求，不受傳統實驗時間與場地的限制。只要有一臺電腦和相關的軟件程序，我們就可以開展實驗。

二、教材內容分析

《溶解的快與慢》是教育科學出版社小學科學教材四年級上冊溶解單元的第5課，本課在本單元中起承上啟下的作用，是基于前一節《不同物質在水中的溶解能力》的基礎上來研究探索“溶解的快慢”，引導學生運用對比實驗的方法，探究影響物質溶解速度的主要因素，讓學生自主經歷“問題——假設——驗證——證實”的科學探究活動過程，為后面《100毫升水里能溶解多少克食鹽》等探究活動作好充分的知識準備。

三、學情分析

第一，知識狀況。在學習本節課之前，學生已經學習了不同物質在水中的溶解能力的相關知識，但是影響溶解快慢的原因，還不是很明確。第二，能力狀況。這一階段的學生觀察能力較強，科學探究能力正在進一步發展。第三，心理狀況。四年級學生思維活躍，求知欲和好奇心強，通過NOBOOK虛擬實驗，引導學生觀察方糖溶解的快慢，提高學生學習科學的興趣，提升學生的科學素養。

四、教學目標

1.知識與技能

知道可溶性固體物質在水中溶解的快慢與物體顆粒的大小、水的溫度以及混合溶液是否被攪動等因素有關。

2.過程與方法

能開展控制單個變量進行對比的實驗，經歷并學會“問題——假設——驗證——證實”這一科學探究過程。

3.情感態度價值觀

能夠與同學進行合作探究活動，在活動中愿意交流與合作;能將對比實驗這種科學的方法運用到解決同類科學問題的研究當中去。

五、教學策略與方法

受實驗材料等原因的限制，傳統實驗教學以老師“講課本，讀實驗”或用動畫展示為主，實驗課堂沒有活力，學生只是被動地獲取知識，學習積極性不高。因此，本節教學設計，以NOBOOK虛擬實驗平臺為依托，重新編排教學設計，以期能夠克服傳統的實驗教學實驗材料不足、效果不明顯等問題。學生利用NOBOOK虛擬實驗平臺進行實驗，推理實驗現象，歸納概括實驗結果，體驗科學探究的過程。

六、教學過程組織

1.創設情境，引入探索

（1）師：老師倒了一杯冷的純凈水，放入一勺食鹽，但是食鹽沉在杯底，溶解的很慢，請大家幫老師想想辦法，怎樣可以加快老師杯中食鹽的溶解？

（2）生1：（把冷水換成熱水）;生2：（用筷子攪拌）;生3：（把涼水換成熱水再攪拌……）

（3）教師板書：攪拌、加熱（熱水）、把涼水換成熱水再攪拌……

（4）師：同學們想出了這么多辦法，真是令老師佩服，是不是你們的這些辦法真的有效呢？這節課我們就來研究這個問題：溶解的快與慢。（板書課題）

2.實驗驗證，明白影響物質溶解快慢的因素

引導學生打開NOBOOK虛擬實驗軟件，進入“溶解的快與慢”這一實驗。

（1）驗證加熱能夠加快溶解。

如圖1所示，用鼠標點擊開始實驗，進行實驗。如圖2所示，相同條件有好幾個，不同條件只有一個（一杯熱水，一杯冷水。）這種方法在我們的實驗課上叫做對比實驗。如圖3所示，點擊加入食鹽，兩勺質量相同的食鹽分別加入裝有相同水量的熱水和冷水中，進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結論如圖4圖5所示，熱水杯中的食鹽比冷水杯中的食鹽溶解的快。因此本實驗可以證明水的溫度越高，食鹽溶解的越快。

（2）驗證攪拌能夠加快溶解。

如圖6所示，用鼠標點擊加入食鹽，進行實驗。如圖7所示，點擊加入食鹽，兩勺質量相同的食鹽分別加入裝有相同水量兩杯冷水中，如圖8所示，相同條件有好幾個，不同條件只有一個（一杯攪拌，一杯不攪拌），進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結論如圖8圖9所示，攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，不攪拌的杯子中食鹽溶解的較慢。因此本實驗可以證明攪拌可以加速食鹽的溶解。

（3）驗證加熱并攪拌能夠加快溶解。

如圖10所示，用鼠標點擊加入食鹽，進行實驗。如圖11所示，點擊加入食鹽，兩勺質量相同的食鹽分別加入裝有相同水量熱水杯、冷水杯中，如圖12所示，相同條件有好幾個，不同條件有熱水杯（攪拌），冷水杯（不攪拌），進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結論如圖12圖13所示，熱水并且攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，冷水不攪拌的杯子中食鹽溶解得較慢。因此本實驗可以證明加熱并攪拌可以加速食鹽的溶解。

（4）學以致用，驗證碾碎能夠加快方糖溶解

師：看大家做實驗這么認真，老師獎勵每人吃一顆方糖。但先思考一下：怎樣吃糖，可以讓它溶解得更快呢？

七、評價與展望

本研究設計借助NOBOOK虛擬實驗平臺，重新對“溶解的快與慢”進行教學設計。通過虛擬動畫的演示，學生更容易理解學習內容，減輕了學生學習的壓力，刺激學生學習主動性的提升，更好的促進學生的深度學習。

當然，NOBOOK虛擬實驗也存在一些不足，虛擬實驗畢竟不是真實實驗，學生只能在電腦端進行實驗，不能親自動手操作。虛擬實驗可重復進行，且實驗步驟都是預設好的，不利于培養學生的創新思維。因此，教師在實驗教學中應以真實實驗為主，考慮到安全性、時空限制等因素，則可以輔助NOBOOK虛擬實驗進行教學。

參考文獻：

[1]張小丹.基于NOBOOK虛擬仿真實驗的生物學教學[J]中國教育技術裝備，2019（13）：46-48

[2]陳曉甜.基于NOBOOK的高中化學虛擬實驗教學設計與實踐[D]河南大學，2019