虛擬實(shí)驗(yàn)室在“用高錳酸鉀制取氧氣”中的應(yīng)用研究

方彥??

摘 要：虛擬實(shí)驗(yàn)室在“用高錳酸鉀制取氧氣”的新課教學(xué)中為教師提供了一種新的教學(xué)方式，不僅節(jié)省了教學(xué)時(shí)間，而且增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生更積極地參與化學(xué)課內(nèi)外的學(xué)習(xí)，在提高學(xué)習(xí)成績(jī)的同時(shí)，真正體會(huì)到學(xué)習(xí)化學(xué)的快樂。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

在傳統(tǒng)“實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣”的新課教學(xué)中，多以教師演示、播放視頻等教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)。有條件的學(xué)校，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課時(shí)，學(xué)生可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。而傳統(tǒng)教學(xué)方式，也許能正確答題，但忽略了化學(xué)實(shí)驗(yàn)擁有大量的玻璃儀器和大量我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|不到的化學(xué)藥品，所以僅看答題效果來(lái)判斷實(shí)驗(yàn)新課的成果是十分片面的。

一、 虛擬實(shí)驗(yàn)室的定義

所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬實(shí)驗(yàn)室是模擬化學(xué)儀器、藥品及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，便于學(xué)生操作的一種軟件。它的目標(biāo)是將學(xué)習(xí)者從大量的實(shí)驗(yàn)中解脫出來(lái)，節(jié)省大量的時(shí)間、人力、物力和精力，使之投入到更深入的研究工作中去。

二、 “實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣”的案例

在上新課之前，先讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并完成練習(xí)冊(cè)“知識(shí)梳理”的填寫。有些學(xué)生會(huì)在家里運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)觀看視頻，不明白的地方會(huì)做記號(hào)。

第二天上新課時(shí)，教師不再像以往那樣進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，也無(wú)需帶有大量的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)藥品進(jìn)入課堂，師生不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)失敗所帶來(lái)的不良后果，教師更不必?fù)?dān)心因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的客觀和主觀原因影響教學(xué)進(jìn)度，同時(shí)不存在學(xué)生只看視頻熱鬧過(guò)后大腦空白的現(xiàn)象。

教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，簡(jiǎn)單講解實(shí)驗(yàn)步驟。然后打開虛擬實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)“用高錳酸鉀制取氧氣”，一邊播放動(dòng)畫，一邊由學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)室利用高錳酸鉀制取氧氣

由學(xué)生親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以清楚地看到實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程以及現(xiàn)象。在操作出錯(cuò)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)警示，無(wú)法進(jìn)行下一步操作。例如，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，還未將導(dǎo)管移出水面，就先熄滅酒精燈時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)“不可先滅酒精燈，這樣會(huì)使水通過(guò)導(dǎo)管逆流到試管中，使試管炸裂，應(yīng)該先把水中的導(dǎo)管取出來(lái)再滅酒精燈?！秉c(diǎn)擊“確定”后再進(jìn)行“先將導(dǎo)管移出水面，再熄滅酒精燈”的操作，才能順利完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，并能快速解決問題，而觀看的學(xué)生因有特別提醒和同伴的重新操作而印象深刻。更重要的是不會(huì)因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤而真的發(fā)生危險(xiǎn)，卻能因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)而認(rèn)識(shí)到不當(dāng)操作產(chǎn)生的不良后果。

三、 虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

首先，在本實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式如教師演示、播放視頻和使用虛擬實(shí)驗(yàn)室所消耗時(shí)間大不相同，見表1。

從表1顯示教師演示實(shí)驗(yàn)需要消耗時(shí)間約為15′36″，播放視頻約為6′42″，使用虛擬實(shí)驗(yàn)室大約為5′11″?？梢?，虛擬實(shí)驗(yàn)室的使用，節(jié)省了上課的時(shí)間。那么會(huì)不會(huì)因時(shí)間不充裕而影響學(xué)習(xí)效果呢？

其次，我們做了關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行新課學(xué)習(xí)的效果問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

從表2分析，用傳統(tǒng)教學(xué)方式教學(xué)，只有少數(shù)學(xué)生感興趣，大部分由于沒能自己親手操作，即使實(shí)驗(yàn)課去實(shí)驗(yàn)室親手操作，也不能很順利地將實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)弄得那么清楚，因此大部分學(xué)生不太感興趣。面對(duì)教師的演示實(shí)驗(yàn)、播放視頻，沒有機(jī)會(huì)參與實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不強(qiáng)，主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)也是少之又少。據(jù)反映，完成作業(yè)已算是完成任務(wù)，不太愿意參與課外的學(xué)習(xí)。整體來(lái)說(shuō)，只是課堂上實(shí)驗(yàn)有明顯現(xiàn)象的時(shí)候會(huì)心動(dòng)，沒有真正嘗到學(xué)習(xí)的快樂。而虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)，讓學(xué)生有了更多的機(jī)會(huì)自主學(xué)習(xí)，能自己發(fā)現(xiàn)問題并能馬上解決，學(xué)習(xí)興趣很濃，非常愿意主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，不僅課堂上學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)，課后還愿意學(xué)習(xí)更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)習(xí)的快樂是發(fā)自內(nèi)心的。

最后，本單元學(xué)習(xí)完后進(jìn)行了單元測(cè)試，其中第20題是考查實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的相關(guān)知識(shí)。選擇了實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行了本題的平均分統(tǒng)計(jì)，見表3。

從表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，P=0.043<0.05，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班在采用了虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)，本題平均分存在顯著性差異。使用傳統(tǒng)教學(xué)方式的學(xué)生，很多學(xué)困生本道題幾乎得不到分?jǐn)?shù)，因此大幅度地降低了平均分。而使用虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)班，那些本該淪為學(xué)困生的學(xué)生對(duì)此非常感興趣，能主動(dòng)地學(xué)習(xí)，因此他們的成績(jī)反倒對(duì)平均分做出了不少的貢獻(xiàn)。

因此，虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間短而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，反而更能說(shuō)明虛擬實(shí)驗(yàn)室的適當(dāng)使用，能高效地完成教學(xué)工作。

四、 虛擬實(shí)驗(yàn)室在應(yīng)用時(shí)需注意的問題

1. 學(xué)校配置短缺。如果每個(gè)班級(jí)只能用一臺(tái)電腦安裝虛擬實(shí)驗(yàn)室，操作實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)極其有限，大部分學(xué)生只能觀看，不能切身體會(huì)。如果讓每位學(xué)生配置一臺(tái)平板，每位學(xué)生就能及時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)過(guò)程及存在的問題，能更高效地完成教學(xué)。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)室與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟是虛擬的，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在無(wú)污染、無(wú)破損、省時(shí)省力、方便快捷，但實(shí)操能力需要真實(shí)的實(shí)驗(yàn)才能體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于用高錳酸鉀制取氧氣如此重要的實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)可作為新課教學(xué)讓學(xué)生體會(huì)，規(guī)避一些因操作不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生的不良后果。在教師總結(jié)歸納后，需要一節(jié)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課學(xué)生親手操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)。這樣，才能保質(zhì)又保量，不僅能提高學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，更能實(shí)質(zhì)性地參與到實(shí)驗(yàn)中去，真正體會(huì)實(shí)實(shí)在在的儀器和藥品的組合產(chǎn)生了新的物質(zhì)所帶來(lái)的快樂。

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