教師的得力助手
——虛擬實驗室——初中化學(xué)課堂中可視化教學(xué)的運用

陳丹丹

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)唯亭學(xué)校,江蘇 蘇州 215000)

當前,在初中化學(xué)實驗教學(xué)中還存在一些問題,如,實驗教學(xué)以教師演示為主,學(xué)生不能清晰地看到實驗現(xiàn)象;受資源限制影響,學(xué)生沒有機會自己動手操作,這些都極大地影響化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量.現(xiàn)階段隨著實驗技術(shù)的發(fā)展,市場上推出的“仿真物理實驗室”軟件能夠較高程度地仿真實驗現(xiàn)象,呈現(xiàn)精準的實驗數(shù)據(jù),解決傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)中受其他因素影響而無法順利開展的問題,為化學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域注入新動力.

1 初中化學(xué)課堂中虛擬實驗室運用的優(yōu)勢

1.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

在課堂中運用虛擬實驗室可視化教學(xué)的模式進行化學(xué)實驗教學(xué),能夠讓學(xué)生“身臨其境”,建立對化學(xué)知識學(xué)習(xí)的熱情[1].

1.2 借助信息技術(shù)創(chuàng)建虛擬實驗情境

為了提升初中生化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情,加強學(xué)生們對化學(xué)抽象知識的理解與運用,體會人們生活工作中化學(xué)知識的重要性,教師往往在化學(xué)課堂中運用可視化技術(shù)創(chuàng)建虛擬實驗室,為學(xué)生創(chuàng)建化學(xué)教學(xué)情境.

2 虛擬實驗室輔助化學(xué)實驗教學(xué)的設(shè)計

2.1 教學(xué)設(shè)計原則

第一,綜合性原則.教師設(shè)計教學(xué)的時候,不但要思考教學(xué)目標與教學(xué)內(nèi)容,還要考慮教學(xué)對象.教師可以帶領(lǐng)學(xué)生針對一個實驗開展不同形式的實驗,然后對實驗結(jié)果進行比較.教師還可以使用知識遷移的方法,將以往實驗的方法遷移到新的實驗中,讓學(xué)生能夠綜合運用實驗知識解決化學(xué)問題.

第二,可行性原則.教師在設(shè)計化學(xué)教學(xué)的時候,還要考慮涉及實驗操作的可行性,不僅要符合教學(xué)設(shè)計的內(nèi)部條件,還要符合外部條件.在實施虛擬實驗教學(xué)設(shè)計的時候,教師要先確定初中生的認知特點,然后在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新的知識,完善自身知識網(wǎng)絡(luò).另外,還要考慮借助可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗課堂時的硬件條件,思考使用虛擬實驗室的可行性.

第三,反饋性原則.教師設(shè)計教學(xué)過程是為了讓學(xué)生更好地掌握知識,有時為了了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況,需要獲得精準的數(shù)據(jù)信息并分析.教師利用學(xué)生回答問題的情況進行精準反饋,了解學(xué)生對知識理解能力與掌握情況.所以在借助可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗室的時候,要注重使用虛擬實驗平臺觀察學(xué)生的實驗過程,及時準確地給予學(xué)生反饋信息.

2.2 基于可視化技術(shù)設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)境

第一,物理環(huán)境.此處的物理環(huán)境指能夠支持教師開展虛擬實驗的多媒體設(shè)備環(huán)境.在化學(xué)實驗教學(xué)前對化學(xué)實驗室中的物理環(huán)境進行調(diào)研,可知學(xué)校是否具備能夠開展虛擬實驗的物理環(huán)境條件.

第二,技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境.從學(xué)生的角度著手,教師在為其設(shè)計技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境時要注意知識結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖與學(xué)習(xí)目標導(dǎo)圖兩部分,讓學(xué)生能夠在虛擬實驗室的輔助下建立清晰的學(xué)習(xí)目標導(dǎo)圖,避免在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生邏輯混淆問題,能夠明確知道自己是否實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標.教師在設(shè)計技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境的時候,要迎合學(xué)生自主合作交流的需求,在新環(huán)境下激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.另外,教師還要注意學(xué)生知識結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖的構(gòu)建,能夠理清學(xué)習(xí)知識間的關(guān)系,幫助學(xué)生能夠快速地內(nèi)化知識,重構(gòu)知識圖式.

第三,資源學(xué)習(xí)環(huán)境.教師在設(shè)計資源學(xué)習(xí)環(huán)境的時候要結(jié)合學(xué)生化學(xué)知識學(xué)習(xí)的情況,防止因為提供簡單的學(xué)習(xí)資源導(dǎo)致學(xué)生浪費學(xué)習(xí)時間.同時在信息環(huán)境下虛擬實驗室的構(gòu)建中,要為學(xué)生開放資源學(xué)習(xí)環(huán)境,讓其有獨立虛擬實驗操作的機會.也就是說教師要著眼為學(xué)生組織信息化教學(xué)資源的需求,通過虛擬實驗室為學(xué)生整合并優(yōu)化教學(xué)資源,提升信息的共享性,確保在教學(xué)設(shè)計中有針對性地為學(xué)生提供信息化資源.

2.3 基于虛擬實驗室設(shè)計教學(xué)過程

教師在以自己為主導(dǎo)設(shè)計教學(xué)活動的時候,應(yīng)結(jié)合學(xué)生學(xué)情與教學(xué)設(shè)計的原則,有效設(shè)計虛擬實驗室輔助課堂的教學(xué)過程,在可視化技術(shù)虛擬實驗的輔助下,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,組織學(xué)生自主運用信息技術(shù)實施自主探究活動.所以設(shè)計的教學(xué)過程為新課導(dǎo)入、布置任務(wù)、學(xué)生自主合作探究、完成任務(wù)、總結(jié)知識、布置作業(yè)[2].

教師在以學(xué)生為主體設(shè)計教學(xué)活動的時候,要組織學(xué)生實施自主探究、合作交流,通過學(xué)習(xí)活動的設(shè)計讓學(xué)生真正融入虛擬實驗教學(xué)活動中.在教師引導(dǎo)學(xué)生研究學(xué)習(xí)任務(wù)、進行協(xié)作學(xué)習(xí)后,學(xué)生能夠?qū)W會學(xué)習(xí).基于此設(shè)計的學(xué)生活動包括觀察實驗、設(shè)計實驗、討論交流等.在設(shè)計教學(xué)過程的時候運用虛擬實驗室,不但要向?qū)W生提供實驗素材、創(chuàng)建情境,還要讓學(xué)生通過信息技術(shù)對實驗進行“操作”,以此能夠更好地思考知識、遷移知識,能夠通過在虛擬實驗中與同伴討論實驗裝置、實驗原理等,并完成實驗報告.

教學(xué)過程的設(shè)計,要聯(lián)系學(xué)生生活實際引入新知.化學(xué)實驗往往與人們生活生產(chǎn)密切相關(guān),通過學(xué)生熟悉情境的構(gòu)建,能夠激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣,然后在新舊知識銜接下,使用啟發(fā)、討論、對比、總結(jié)的方法引導(dǎo)學(xué)生進一步遷移知識,教師此時使用虛擬實驗室為學(xué)生虛擬展示實驗步驟,清晰展示藥品的取用方法、實驗裝置的連接、數(shù)據(jù)的精準變化.然后教師布置啟發(fā)性任務(wù),讓學(xué)生自己或者與同伴合作探究,通過自己操作虛擬實驗,觀察實驗步驟并記錄.教師此時要監(jiān)督指導(dǎo),讓學(xué)生熟悉實驗流程,加強對實驗環(huán)節(jié)的掌握.最后在教師的提問下由學(xué)生做匯報總結(jié),完成知識的總結(jié)整理.

3 虛擬實驗室輔助化學(xué)實驗教學(xué)的實踐

以初三化學(xué)“二氧化碳的制取”探究性實驗課為例,教師將學(xué)生帶到計算機教室進行虛擬實驗探究課.課堂中使用生活情境導(dǎo)入法與新舊知識銜接法,先利用與學(xué)生生活有關(guān)的情景引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)二氧化碳的興趣,然后經(jīng)過與氧氣實驗的對比,讓學(xué)生回憶曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的氧氣的制取知識,通過知識遷移的手段能夠自主探究或者合作交流二氧化碳的制取步驟.如此,在知識的銜接下幫助學(xué)生更好地理解知識.具體教學(xué)過程如下.

3.1 創(chuàng)建情境引入新知

教師詢問學(xué)生見過泡騰片嗎?現(xiàn)場為學(xué)生展示維C泡騰片放入水中的現(xiàn)象,然后借助多媒體為學(xué)生播放關(guān)于全球變暖和溫室效應(yīng)的相關(guān)視頻,告訴學(xué)生泡騰片與溫室效應(yīng)、全球變暖都與二氧化碳有關(guān).通過教師創(chuàng)建實際情境,讓學(xué)生對二氧化碳有一定的了解與認知,同時提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,自然過渡到新知的講授.

3.2 新舊知識銜接

請學(xué)生回憶之前學(xué)習(xí)過的“氧氣的制取方法”,思考并回憶實驗室制取、收集氧氣的方法與化學(xué)方程式、氧氣的特點等知識.通過學(xué)生自主思考并總結(jié)反思歸納知識點,培養(yǎng)其知識總結(jié)與探究能力.

3.3 借助虛擬實驗室進行模擬演示

在計算機中實現(xiàn)下載好NB化學(xué)實驗軟件,在課堂中提出探究問題:“我們能不能用制取氧氣的思路來制取二氧化碳呢?”然后借助計算機中虛擬實驗平臺為學(xué)生展示制取氧氣的實驗,為即將進行的二氧化碳的制取提供示范,進一步激發(fā)學(xué)生動手做制取二氧化碳實驗的興趣.學(xué)生們在教師虛擬實驗的演示下,能夠掌握使用虛擬實驗的操作要領(lǐng).

3.4 發(fā)布實驗探究任務(wù)

以小組合作探究為主,教師先將學(xué)生進行分組,讓每一小組中的學(xué)生做好實驗的分工,一同合作操作實驗,觀察實驗,總結(jié)實驗結(jié)果[3].

任務(wù)一,確定制取二氧化碳的反應(yīng)物.教師給出三組制取二氧化碳的反應(yīng)物,詢問學(xué)生哪組能夠作為實驗室制取二氧化碳理想的原料.三組原料分別是:碳酸鈉和稀鹽酸、石灰石和稀硫酸、石灰石和稀鹽酸.教師提出要求“請你借助虛擬實驗軟件做虛擬實驗,找到最適合制取二氧化碳的原料”.學(xué)生們通過虛擬實驗軟件做實驗,觀察并記錄不同原料反應(yīng)生成二氧化碳時的現(xiàn)象,通過虛擬實驗平臺,學(xué)生們以碳酸鈉和稀鹽酸為原材料制取二氧化碳,發(fā)現(xiàn)加入藥品之后馬上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化碳,反應(yīng)過快,不容易收集氣體;石灰石和稀硫酸發(fā)生反應(yīng)時產(chǎn)生二氧化碳的同時還生成硫酸鈣,硫酸鈣是微溶物,阻礙反應(yīng)繼續(xù)進行;石灰石和稀鹽酸反應(yīng)的速度適中,還沒有微溶物生產(chǎn),所以與前兩種藥品相比,石灰石和稀鹽酸更加符合實驗室制取二氧化碳.學(xué)生們使用虛擬實驗軟件進行實驗操作,不僅可以鍛煉動手能力,還可以在小組合作中培養(yǎng)學(xué)生的合作精神,通過實驗的對比直觀得出最適合制取二氧化碳的原料.

任務(wù)二,確定制取二氧化碳的實驗裝置.請學(xué)生回憶制取氧氣實驗中的反應(yīng)裝置與實驗方法,問題:(1)實驗室制取氣體的裝置要有幾部分?(2)選擇實驗裝置的時候要考慮哪些因素?(3)收集氣體的方法有哪些?在對這些問題思考后,教師借助多媒體為學(xué)生展示實驗室制取二氧化碳的裝置,包括發(fā)生裝置、收集氣體的裝置.請學(xué)生自主動手操作,按照教師提供的儀器確定制取二氧化碳的裝置.然后邊做實驗邊思考這個裝置是否最佳,通過實驗對比總結(jié)出最適合的裝置.在確定制取二氧化碳實驗裝置的任務(wù)中,教師為學(xué)生直接提供虛擬實驗環(huán)境與任務(wù),然后讓學(xué)生自主思考討論,在虛擬實驗中確定實驗裝置.

任務(wù)三,確定二氧化碳的檢驗方法.教師提出層次性任務(wù):二氧化碳的檢驗方法;二氧化碳的驗滿方法;實驗室制取二氧化碳的完整步驟.請學(xué)生通過對氧氣檢驗與驗滿的方法進行知識遷移,嘗試總結(jié)二氧化碳的檢驗與驗滿方法,然后請兩名學(xué)生到講臺上完整做出制取、收集二氧化碳的虛擬實驗,其他學(xué)生認真觀察并指出是否正確.以此通過師生互動提升學(xué)生實驗的參與感,提升其實驗操作能力.

4 結(jié)束語

虛擬實驗室輔助初中化學(xué)課堂,能夠幫助教師代替真實的實驗,解決學(xué)校教學(xué)資源不足、實驗課時少等問題.另外,在虛擬實驗室的運用下,還能有效培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力,增強化學(xué)學(xué)科素養(yǎng).虛擬實驗室不僅為教師提供新的教學(xué)方式,還為學(xué)生提供了能夠自主學(xué)習(xí)的實踐操作平臺,符合新課標培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力、合作意識與創(chuàng)新思維的要求.