基于NB 虛擬實驗進行中學化學實驗的試誤教學*
——以“探究原電池的形成條件”為例

禹圓圓 畢淑嫻 趙童 楊婷婷

寧夏大學化學化工學院 銀川 750021

1 研究背景

為積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展，教育部制定了《教育信息化2.0 行動計劃》，提倡將信息技術(shù)應用于教學。NB 化學實驗是一款化學虛擬實驗教學軟件，涵蓋中學化學的100 多種實驗設備和200 多種實驗藥物，包含中學全部經(jīng)典實驗[1]。該虛擬實驗軟件提供與實際實驗操作方法類似的操作體驗，可以幫助學生練習實驗操作或進行探究性實驗，NB 虛擬實驗具備資源共享、綠色化、安全化和可操作性等優(yōu)點，將其應用于化學教學中，能夠鍛煉學生的實驗探究能力，推動高質(zhì)量教學的發(fā)展[2]。試誤技能是修正學習者的錯誤，推動嘗試的行為方式，主要包括四個要素，如圖1 所示。在試誤教學中，教師鼓勵學生敢于犯錯誤，讓學生大膽嘗試，嘗試后，教師指出具體節(jié)點失誤，引導學生回到正確的思維軌道上，得出正確結(jié)論。通過試誤教學，可以打破學生思維的局限性，有利于探究性教學的開展。

圖1 試誤技能的構(gòu)成要素

當前，關(guān)于試誤技能在化學中應用的研究很少，且多以理論研究為主，關(guān)于試誤教學的具體化學案例寥寥無幾。關(guān)于NB 虛擬實驗的文獻和教學案例更是少之又少，無法為NB 虛擬實驗應用于化學具體教學提供案例參考。因此，將NB 虛擬實驗應用于中學化學的試誤教學中，能夠為創(chuàng)新性教學提供思路。并且，在該教學過程中，能夠強化正確知識，修正錯誤觀點，最大限度地讓學生深刻認識知識內(nèi)容，吸引學生興趣，拓展學生思維，鍛煉學生的實驗素質(zhì)，提升學生的實驗探究能力。

2 設計思路及亮點

原電池是化學必修2 第二章第二節(jié)化學能與電能部分的知識內(nèi)容，是電化學的重要知識[3]。基于NB 虛擬實驗，以“探究原電池的形成條件”為課題進行試誤教學，對由學生嘗試的三次探究性實驗進行歸納分析，分別得出形成原電池的三個必備條件。在此試誤過程中，教師扮演指導者和組織者，學生是探究實驗的主體，通過不斷試誤，不斷修正錯誤，最終發(fā)現(xiàn)知識，獲取知識。在課程總結(jié)后，教師讓學生利用NB 虛擬實驗基于所學知識再次練習，加深學生對于知識的深刻理解與掌握。最后，教師讓學生聯(lián)系生活，設計具有創(chuàng)造性的原電池。這一過程不僅是對學生所掌握的知識的鞏固，而且能夠引起學生極大的學習興趣，讓學生熱愛化學，明白化學源于生活，又服務生活的真諦。

3 教學目標

3.1 知識與技能

知道原電池是利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)為電能的裝置，掌握構(gòu)成原電池的形成條件。

3.2 過程與方法

通過利用NB 虛擬實驗技術(shù)進行試誤教學，提高學生觀察、分析和問題探究能力，讓學生在自主探究的過程中獲取新知。

3.3 情感態(tài)度與價值觀

通過利用NB 虛擬實驗進行探究性實驗，讓學生真實感受到科學探究的艱辛與喜悅，培養(yǎng)學生的科學意識和社會責任感。通過試誤教學，激發(fā)學生膽量，給予學生自信，讓學生敢于犯錯誤，敢于修正錯誤，敢于在嘗試中探索新知，以此培養(yǎng)學生的科學探究精神。

4 教學過程

環(huán)節(jié)一：生活情境，引入課題

【情境】隨著科學技術(shù)和社會的發(fā)展，各式各樣的電器進入我們的生活，比如電腦、電視、手機等電子設備。而這些電子設備的使用離不開電，那電從何而來呢？

【講述】一次能源是直接從自然界取得的能源，如太陽能、風能、石油等。一次化學能源經(jīng)過一系列的加工轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化為電能，其轉(zhuǎn)化過程如圖2 所示。

圖2 轉(zhuǎn)化過程

燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，它是使化學能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵，氧化還原反應的實質(zhì)是氧化劑與還原劑之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移。設計使該電子轉(zhuǎn)移過程形成定向移動的電子流，可直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能。

環(huán)節(jié)二：探究原電池的形成條件

【設疑】如何使氧化還原過程中的電子定向移動產(chǎn)生電流呢？

【教師】介紹NB 虛擬實驗及操作方法，學生根據(jù)NB 實驗提供的儀器和試劑進行實驗。

【學生實驗】學生親自嘗試設計實驗，目的是讓實驗中產(chǎn)生定向電流。第一組實驗探究的情況如表1 所示。

表1 實驗探究一：不同電極對電流產(chǎn)生的影響

【設計意圖】該教學環(huán)節(jié)中，教師應用試誤技能的“推動嘗試”技能要素，讓學生自己動手嘗試學習，引導學生主動嘗試錯誤，及時糾正錯誤，最終獲得正確知識，即原電池的形成條件之一是需具備活潑性不同的兩個電極。讓學生在獲得知識的同時，體驗成功的喜悅，增強化學學習的信心。使用NB 虛擬實驗設備進行探究性教學有利于考查學生基礎知識是否扎實，思維邏輯是否嚴密，實驗操作技能是否合格。

【學生實驗】第二組學生嘗試實驗探究情況如表2 所示。

表2 實驗探究二：電解質(zhì)溶液對電流產(chǎn)生的影響

【設計意圖】通過探究一的學習，學生大膽嘗試，更換不同溶液發(fā)現(xiàn)并不是所有裝置都有電流產(chǎn)生，以此展開原電池構(gòu)成溶液的探究，最終發(fā)現(xiàn)只有電解質(zhì)溶液才能使裝置產(chǎn)生電流，且強電解質(zhì)中的指針偏轉(zhuǎn)大，產(chǎn)生電流強；弱電解質(zhì)中的指針偏轉(zhuǎn)小，產(chǎn)生電流弱。在這一環(huán)節(jié)中，教師主動設計“陷阱”，讓學生放心去嘗試時，發(fā)現(xiàn)沒有電流產(chǎn)生，這時引導學生借助之前學過的電解質(zhì)和非電解質(zhì)以及強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的相關(guān)知識并結(jié)合所選用的試劑不同對上述實驗進行分析，最終發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是燒杯中溶液的導電能力存在差異，電解質(zhì)溶液可以導電（H2SO4是強電解質(zhì)，H2O是弱電解質(zhì)），相較而言，強電解質(zhì)的導電能力強、弱電解質(zhì)的導電能力弱，而非電解質(zhì)溶液不能導電（CH3COOH 是非電解質(zhì)）。

通過嘗試，學生發(fā)現(xiàn)了形成原電池需具備的另一條件，即需要電解質(zhì)溶液。這一過程中，考查學生對于電解質(zhì)的相關(guān)知識掌握情況，對于知識掌握程度弱的學生，教師要及時地引導和啟發(fā)，幫助他們獲取正確的知識。

【學生實驗】第三組實驗探究情況如表3 所示。

表3 實驗探究三：閉合回路對電流產(chǎn)生的影響

【設計意圖】在該探究過程中，有的學生將兩電極分別插入兩個稀硫酸溶液中，發(fā)現(xiàn)沒有電流，然后又嘗試插入鹽橋，發(fā)現(xiàn)電流計的指針偏轉(zhuǎn)，說明有電流產(chǎn)生。在該環(huán)節(jié)中，學生敢于嘗試，不拘一格，發(fā)現(xiàn)了鹽橋的用途，通過思考探究得出形成原電池的又一條件，即需形成閉合回路。此時，教師對學生作出及時的肯定性評價，增強學生探究性學習的自信心，讓學生更加積極主動地探索新知識，學習化學知識。

可見，基于NB 虛擬實驗進行試誤教學是信息技術(shù)與試誤技能的完美融合，有利于學生探索獲取新知，能夠提升學生的創(chuàng)新意識和科學探究能力。

環(huán)節(jié)三：教師總結(jié)，學生回顧練習

【講解】讓學生利用化學反應設計實驗裝置創(chuàng)造電流，發(fā)現(xiàn)部分學生的實驗裝置中產(chǎn)生了電流，說明該實驗裝置將化學能轉(zhuǎn)化成了電能。

1）原電池：化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

【講解】通過上述三組探究性實驗，發(fā)現(xiàn)實驗裝置產(chǎn)生電流，形成原電池，需具備以下四個條件。

2）原電池形成條件

①兩種活潑性不同的金屬（或一種是能導電的非金屬如碳棒）作電極；②電解質(zhì)溶液；③閉合回路；④能自發(fā)地進行氧化還原反應。

【學生】學生基于氧化還原反應角度理解原電池的形成條件，并自行練習上述實驗。

【設計意圖】教師及時對所學內(nèi)容進行歸納整理，有利于學生清晰原電池的形成條件，深刻理解該部分的知識內(nèi)容。同時，使用NB 虛擬實驗軟件讓學生對上述實驗進行練習，加深學生對于知識內(nèi)容的理解與記憶，鍛煉學生的化學實驗操作技能，讓學生學會必備知識與關(guān)鍵技能。

環(huán)節(jié)四：課后任務，自制原電池

【教師活動】組織學生利用NB 虛擬實驗軟件自行設計富有創(chuàng)意的原電池，教師巡視、指導學生實驗。

【學生活動】學生設計創(chuàng)意原電池，在第一個實驗中，學生采用蘋果充當電解質(zhì)溶液，插入鋅、銅電極，用導線連接電極和電流計，觀察到有電流產(chǎn)生。在第二個實驗中，學生將電流計換成了小電動機，可以觀察到，當線路連接完整時，小電動機的風扇轉(zhuǎn)動。在第三個實驗中，學生將電流計換成了小燈泡，可以觀察到，當線路連接完整時，小燈泡亮了。

【設計意圖】注重學生能力的培養(yǎng)，讓學生將本節(jié)課所學知識學以致用，重視學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，讓學生從生活事物出發(fā)，發(fā)現(xiàn)化學，感知化學，創(chuàng)造化學[4]。這有利于激發(fā)對于化學的熱愛，讓學生在學習化學知識的同時，感受化學無處不在的神奇魅力。

5 結(jié)論

5.1 基于真實化學實驗限制，靈活使用NB虛擬實驗

NB 化學實驗利用云平臺，實現(xiàn)了師生之間的資源共享，實現(xiàn)了知識和經(jīng)驗的交流與探究。在NB 化學虛擬實驗室環(huán)境中，不用擔心藥品的浪費與實驗的危險性。利用NB 化學實驗器材庫中的器材可以自由操作、練習、嘗試或搭建合理的實驗，還可以感受“真實的”化學實驗情境，讓學生隨時隨地感受化學實驗帶來的樂趣，寓教于樂。

5.2 使用試誤技能嘗試教學，主動引導學生走出誤區(qū)

使用試誤技能進行教學，教師在設計“陷阱”時，要設想可能會出現(xiàn)的情況，并制定應對策略，以幫助學生快速高效地跳出陷阱，達到教學目標。在學生認識到錯誤后，教師一定要給出準確答案并進行概念強化，否則，會讓學生對正確答案印象不深，對錯誤答案念念不忘。教師使用試誤技能進行教學，應以鼓勵和肯定的評價為主，讓學生不怕犯錯誤，勇敢嘗試，培養(yǎng)學生的科學探究能力。

5.3 基于NB 虛擬實驗進行試誤教學，創(chuàng)新化學教學形式

試誤技能和NB 虛擬實驗都有利于探究性實驗的開展，利用各自的優(yōu)勢和特點進行化學實驗探究教學，能夠加深學生對于原電池的形成條件知識內(nèi)容的深刻理解，且有利于學生掌握基本的化學實驗操作。在教學時，教師引導學生充分參與到探究環(huán)節(jié)中，讓學生通過自主探索、積極嘗試、歸納結(jié)論、嘗試驗證等一系列的流程最終獲取新知，并對知識內(nèi)容形成長久的印象。這一探究性的學習過程能夠鍛煉學生的觀察學習能力、發(fā)現(xiàn)學習能力以及動手操作能力，且這種鼓勵學生大膽嘗試的教學方式有利于學生發(fā)散思維的形成，幫助學生學會創(chuàng)新、學會學習，以此促進學生創(chuàng)新意識和科學探究能力的發(fā)展。