NB虛擬實驗在中學化學實驗教學中的應用

周貴樂 吳曉紅

摘 ?要 以“探究化學反應速率的影響因素”為例，說明NB虛擬實驗如何應用于中學化學實驗教學中，以期為中學化學探究性實驗教學設計提供參考。

關鍵詞 NB虛擬實驗;中學化學;實驗教學;化學反應速率

中圖分類號：G633.8 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）19-0123-03

0 ?前言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，NOBOOK虛擬實驗（簡稱NB虛擬實驗）應運而生。NB虛擬實驗是專門為初高中教師創(chuàng)設的教學軟件，具有簡便性、高效性、創(chuàng)新性的特點，可以有效增強化學實驗教學效果。NB虛擬實驗主要是借助虛擬現(xiàn)實、多媒體、仿真等技術，創(chuàng)造一個虛擬的實驗平臺，教師或學生可以在虛擬實驗室搭建實驗裝置并進行實驗，因為里面的藥品和儀器可以自由選擇，量的多少也可以自由控制，在操作實驗過程中能夠觀察到明顯的實驗現(xiàn)象。同時，教師可以在NB虛擬實驗室中進行實驗演示，演示完后直接保存到“我的實驗”中，方便下次教學;還可以將課件資料等上傳到該平臺，實現(xiàn)資源共享。

1 ?傳統(tǒng)實驗教學存在的問題

1.1 ?學校經(jīng)費緊張，實驗設備不足或陳舊

沿海城市經(jīng)濟發(fā)達，教育水平也相對較高，實驗教學開展得較好，對于有條件進行實驗教學的學校來說，讓學生親自動手實驗是很有必要的。雖然我國的教育事業(yè)有了長足發(fā)展，但是部分地區(qū)的教育水平仍然較低，中學化學實驗教學開展中面臨的問題較多，主要表現(xiàn)在：

1）學校在購買實驗儀器時沒有做好長遠規(guī)劃，在之后的使用過程中，部分儀器破損后無法及時補全，導致實驗無法正常進行;

2）實驗設備長期使用會出現(xiàn)故障，沒有人及時修理，導致使用率下降;

3）學校缺少綜合實驗室，對于一些高危實驗，教師更不會讓學生操作，學生無法感受到實驗環(huán)境，對實驗的敏感度不高。

由于地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展不平衡，導致教育水平的差距越來越大。目前，部分地區(qū)學校教育經(jīng)費緊張，無法提供完整的實驗設備，導致化學實驗無法正常開展。

1.2 ?學生參與不積極，學習興趣不高

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗可以驗證化學中的科學知識，通過測量出準確的實驗數(shù)據(jù)進而得出結論。在實驗過程中還可以培養(yǎng)學生的動手實踐能力和問題解決能力等綜合素養(yǎng)。但是在實際的化學課堂中，大多數(shù)學生在實驗過程中只是抱著“玩一玩”的態(tài)度，有的學生只是覺得“實驗很有趣”“實驗很好玩”，在上課過程中并沒有真正學到知識和技能。久而久之，學生對實驗的興趣大大降低，對化學失去興趣。學生被動接受知識的時代已經(jīng)過去，作為新時代的教師應在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代潮流下，在課堂中更多地引入教育技術來引起學生的興趣，NB虛擬實驗不僅可以解決實驗設備不足的問題，而且可以運用虛擬實驗給學生不一樣的情感體驗，從而激發(fā)學生的興趣。

2 ?實驗探究

下面以“探究化學反應速率的影響因素”為例進行實驗探究教學設計，說明如何將NB虛擬實驗運用在化學實驗教學中。

2.1 ?實驗目的

首先，探究哪些因素能夠影響化學反應速率;其次，掌握如何將控制變量法應用于實驗中，分析其應用原理、基本流程、操作步驟及思路;再次，初步了解NB虛擬仿真實驗在化學中的應用;最后，發(fā)展學習化學的興趣，體驗科學探究的艱辛和喜悅，培養(yǎng)學生的合作探究精神。

2.2 ?實驗原理

化學反應速率是表示化學反應進行快慢的物理量，常用單位時間內(nèi)反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量表示（均為正值），公式表示為：ν=Δc/Δt。

2.3 ?實驗用品

藥品：鐵粉、鎂粉、塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末、二氧化錳粉末、鹽酸（0.5 mol/L，3 mol/L）、H2O2溶液（3%）。儀器：試管、藥匙、鑷子、膠頭滴管、酒精燈、試管夾、火柴。

2.4 ?實驗預測

化學反應速率與哪些因素有關？

1）鈉和鎂分別與水反應的時候，為什么鈉與水反應更加劇烈？與什么因素有關？

2）超市里面新鮮的水果保存在冰箱里存放得更久，與什么因素有關？

3）帶火星的火柴能在純氧中復燃，與什么因素有關？

4）實驗室中，當用氯酸鉀制備氧氣時，加入二氧化錳時反應更快，與什么因素有關？

5）冬天燒火時，木材劈成小塊燒得更快，與什么因素有關？

2.5 ?實驗方案設計的注意事項

1）研究某一種因素對化學反應速率的影響時，要設計參照系，也就是要進行對比實驗;

2）由于要通過觀察實驗現(xiàn)象來比較反應的快慢，設計實驗時要考慮實驗現(xiàn)象是否明顯，這樣有利于觀察比較;

3）研究某一種因素對化學反應速率的影響時，還要注意控制其他條件都相同。

2.6 ?實驗方案（見圖1）

2.7 ?實驗演示

溫度、濃度、催化劑、接觸面積對化學反應速率的影響，實驗操作、現(xiàn)象、結論如表1所示。

2.8 ?實驗小結

通過以上探究和NB虛擬實驗的演示，發(fā)現(xiàn)影響化學反應速率的因素主要分為兩個方面：一方面是內(nèi)因，指的是反應物的結構和性質，是決定化學反應速率的主要因素;另一方面是外因，主要包括溫度、反應物的濃度、催化劑、接觸面積等。NB虛擬實驗中清楚地觀察到在其他條件不變的情況下，隨著溫度的升高，化學反應速率加快;溫度降低，化學反應速率減小。在其他條件不變時，增大反應物的濃度，化學反應速率也隨之增大;反之，化學反應速率也隨之減小。使用正催化劑也能使化學反應速率增大，反之減小。增大反應物的接觸面積，化學反應的速率也會增大;減小接觸面積，化學反應速率降低。此外，影響化學反應速率的影響因素還包括壓強、光、超聲波、電磁波、原電池等。

3 ?NB虛擬實驗的挑戰(zhàn)與展望

隨著我國科學和教育的不斷發(fā)展，虛擬實驗做得越來越成功，NB虛擬軟件就是具體的表現(xiàn)形式。它可以協(xié)助教師給學生進行實驗演示，給學生帶來視覺上的沖擊，讓學生更加清楚地觀察到實驗現(xiàn)象;還可以降低實驗成本，提高實驗的安全性，對于一些高危有毒的實驗，教師通過NB虛擬實驗為學生演示，從而達到更好的實驗效果。

NB虛擬實驗目前在化學領域已經(jīng)開發(fā)的類型有無機實驗、有機實驗、演示實驗、晶體結構四大類型。其中，無機實驗以獨立開發(fā)的化學反應引擎、熱力學引擎、粒子引擎、重力引擎為基礎，此外還有豐富的實驗器材、充足的化學藥品，可以完成初高中所需的各種無機實驗;有機實驗主要研究有機物化學反應的類型及反應條件，各種物質之間的合成轉化以及反應機理，幫助學生更好地理解有機化合物的組成、結構、性質、制備方法;演示實驗就是通過3～5分鐘的短視頻，對一些重點實驗進行演示，以短視頻的形式，可以更好地協(xié)助教師將知識點講解清楚;晶體結構主要包括3D化展示晶體以及晶胞的各種知識，包含球棍、堆積等多種展現(xiàn)形式，可幫助學生更好地學習晶體相關結構。

盡管NB虛擬實驗的優(yōu)勢顯而易見，但其在課堂教學中仍然存在一定的挑戰(zhàn)。首先，教師或者學生在NB虛擬實驗操作界面上操作，無法感受到實驗室的真實存在，界面過于平面化。如果NB虛擬實驗能夠更加三維和立體，教師和學生的感受會更加真切。其次，將NB虛擬實驗較多地應用于化學課堂教學，學生的實際實驗操作能力可能會下降。那么，如何利用NB虛擬實驗使教學效果變得更好，還需要一線教師不斷探索。

當前，我國虛擬實驗的發(fā)展處于初級階段，NB虛擬實驗亦是如此，但是NB虛擬實驗具有較高的靈活性和創(chuàng)新性，隨著軟件技術和教育體系的發(fā)展，NB虛擬實驗必將為未來的化學教學提供更多的可能性。

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