初中化學(xué)“虛擬實(shí)驗(yàn)”教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用路徑探究

摘要：隨著信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用到課堂教學(xué)中，更多智能化的輔助教學(xué)工具被開發(fā)出來.其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是一種新型教學(xué)輔助工具，能夠創(chuàng)建真實(shí)的體驗(yàn)課堂和學(xué)習(xí)環(huán)境，增加教學(xué)的趣味性.在進(jìn)行初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的各項(xiàng)優(yōu)勢和工具可以豐富實(shí)驗(yàn)的形式，通過虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課堂的真實(shí)性，拓展實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)不足.據(jù)此就初中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用的路徑進(jìn)行了分析.

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn);教學(xué)實(shí)踐;應(yīng)用路徑;初中化學(xué)

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2022）14-0128-03

收稿日期：2022-02-15

作者簡介：陳春燕（1976.1-），女，江蘇省啟東人，本科，中學(xué)一級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省南通市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“虛擬實(shí)驗(yàn)在初中理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究”（立項(xiàng)編號：GH2020019）階段性研究成果.

以信息技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)出來的虛擬實(shí)驗(yàn)對初中實(shí)驗(yàn)課堂來說能夠帶來更多的優(yōu)勢，例如仿真實(shí)驗(yàn)室可以通過模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境開展各種花絮實(shí)驗(yàn)，突破了條件和空間的限制，也能夠強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要比較精密的儀器和精確的環(huán)境，而在現(xiàn)實(shí)課堂上是無法實(shí)現(xiàn)的.而利用虛擬技術(shù)可以將很多實(shí)驗(yàn)展示出來，為課堂提供豐富的感官體驗(yàn)，從而有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量.所以深入研究虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用方式是教育發(fā)展的需求，也是新時(shí)代對教師能力的要求.1 豐富虛擬輔助教具，提高實(shí)驗(yàn)的生動性

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)中，教師需要重視對學(xué)生實(shí)踐能力和探索能力的培養(yǎng)，根據(jù)當(dāng)下新時(shí)代教育的要求，化學(xué)教學(xué)也應(yīng)該盡量讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，通過引導(dǎo)學(xué)生觀察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去思考化學(xué)問題，從中總結(jié)出化學(xué)規(guī)律，幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)的理論知識，才能夠提升學(xué)生的應(yīng)用能力.而化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要豐富的工具，但是初中化學(xué)大部分知識研究的是具有理想形態(tài)的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)無法在正常的環(huán)境下開展，而虛擬技術(shù)可以提供豐富的教輔工具，比如虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線模擬軟件以及視頻投放等，通過對虛擬環(huán)境的創(chuàng)建去模擬化學(xué)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過程，給予學(xué)生更加真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)也能夠讓實(shí)驗(yàn)課堂變得更加生動.例如在學(xué)習(xí)分子和原子結(jié)構(gòu)的過程中，可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)中的交互技術(shù)向?qū)W生展示立體空間中分子原子的形狀、組成，從而幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)模型，培養(yǎng)其化學(xué)思維.而且這樣的虛擬實(shí)驗(yàn)更加真實(shí)和具體，學(xué)生可以得到立體的視覺體驗(yàn)，而教師在教學(xué)中也擁有了更加多樣化的展示途徑.因此教師在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)需要深入研究虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用方式，特別是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些教學(xué)工具和軟件，教師們應(yīng)該提前了解和熟悉，并且掌握不同軟件使用的方法.比如虛擬軟件、信息交互式平臺等，要能夠利用虛擬技術(shù)將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、過程以及操作的步驟等設(shè)計(jì)到軟件上，向?qū)W生展示具有交互性、真實(shí)性以及形象性的實(shí)驗(yàn)課堂.

2 整合各種虛擬工具，提高實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性

教師需要充分利用各種虛擬的教輔工具，為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)以認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的虛擬實(shí)驗(yàn)課堂，提高學(xué)生的探索能力和自主學(xué)習(xí)意識，通過將主客體信息進(jìn)行交互，推動學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中將知識經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐活動進(jìn)行充分地整合，并且可以在虛擬實(shí)驗(yàn)場景中實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)的操作，觀察動畫演示，不斷完善學(xué)生的化學(xué)思維.比如在教學(xué)九年級上冊有關(guān)分子的知識時(shí)，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究分子特征的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生可以用分子的觀點(diǎn)解釋生活中核試驗(yàn)中的現(xiàn)象.在該虛擬實(shí)驗(yàn)中，教師首先要使用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)編系統(tǒng)對VR仿真交互課件進(jìn)行創(chuàng)編，通過檢驗(yàn)氧氣實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)編向?qū)W生展示生活現(xiàn)象，然后利用3D交互課件模擬放飛孔明燈，證明分子之間有間隔.再用3D交互課件驗(yàn)證液氧的助燃性，通過虛擬實(shí)驗(yàn)的展示讓學(xué)生明白不同種分子的化學(xué)性質(zhì)是不同的.這些虛擬實(shí)驗(yàn)都可以用視頻的方式展示出來，避免了危險(xiǎn)的產(chǎn)生，同時(shí)也更加全面.另外，教師還可以讓學(xué)生進(jìn)行VR實(shí)驗(yàn)，利用仿真實(shí)驗(yàn)室來探究更多的化學(xué)問題，利用虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用去強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn).

教師在應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)活動時(shí)，要注重本質(zhì)問題的突出，有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)意識，VR體驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)為虛擬實(shí)驗(yàn)在化學(xué)課堂上的應(yīng)用提供有力的支持.虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有明顯的不同，不僅方便操作，也有很好的互動性，化學(xué)實(shí)驗(yàn)要使用多種實(shí)驗(yàn)器材和化學(xué)材料，采取虛擬實(shí)驗(yàn)的形式能極大地避免資源的浪費(fèi)，學(xué)生也能很好地體驗(yàn)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程.教師要對虛擬實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)引起重視，應(yīng)用的化學(xué)元素與實(shí)驗(yàn)相一致，讓學(xué)生能夠更好理解化學(xué)知識.學(xué)生是學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主體，教師負(fù)責(zé)為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)活動中設(shè)置科學(xué)的情境并有效引導(dǎo).主要是實(shí)驗(yàn)操作，設(shè)計(jì)過程仍然要求學(xué)生獨(dú)立完成，這也是強(qiáng)化虛擬實(shí)驗(yàn)價(jià)值的正確做法，保持學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動中的活力.

3 科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)的探索性

首先，教師需要利用虛擬技術(shù)來做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，針對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目標(biāo)等來規(guī)劃好課堂的重點(diǎn)，并且用AR技術(shù)來設(shè)計(jì)好教學(xué)的流程和內(nèi)容，從而能夠縮短教學(xué)的時(shí)間，教師也可以擁有更多的精力對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行指導(dǎo).其次，虛擬實(shí)驗(yàn)可以通過交互性的特點(diǎn)為學(xué)生提供一個(gè)平等交流的平臺，因此教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)可以在實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建一個(gè)信息輸入、輸出一一對應(yīng)的場景，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息反饋.在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上，教師還可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)來模擬各種真實(shí)場景，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的興趣，通過將生活現(xiàn)象和化學(xué)問題結(jié)合起來，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)更加真實(shí)生動，給學(xué)生的視覺、聽覺以及各個(gè)感官帶來深入地學(xué)習(xí)體驗(yàn)，因此在教學(xué)化學(xué)課時(shí)，教師要盡可能地從生活實(shí)際出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)知識進(jìn)行思考.在應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以利用交互技術(shù)、仿真技術(shù)等功能對相關(guān)的信息進(jìn)行整合，從而塑造真實(shí)的學(xué)習(xí)場景.當(dāng)然，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)時(shí)，也要發(fā)揮AR技術(shù)的價(jià)值和優(yōu)勢，通過創(chuàng)建真實(shí)的生活場景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)展示多維實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，幫助學(xué)生創(chuàng)建立體的學(xué)習(xí)模式，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建全面知識系統(tǒng)，提升學(xué)生的認(rèn)知能力.

例如，在教學(xué)九年級下冊第八單元有關(guān)金屬化學(xué)性質(zhì)時(shí)，要開展金屬物理性質(zhì)和某些化學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，為了讓學(xué)生了解更多金屬的性質(zhì)，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室引導(dǎo)學(xué)生開展對金、銀等金屬的探索.先出示一些生活中人們在接觸、使用金銀等首飾的場面，如銀鐲子變黑、金子耐燒等，以此引發(fā)學(xué)生對金銀化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的思考.再讓學(xué)生針對實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)的目的，然后讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中選擇所需要的實(shí)驗(yàn)材料、工具.最后可以通過燃燒實(shí)驗(yàn)、化學(xué)反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)去探索，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中開展實(shí)驗(yàn)可以豐富實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和類型，也可以針對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量.

4 豐富虛擬實(shí)驗(yàn)類型，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用除了可以創(chuàng)建比較真實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，給予學(xué)生一個(gè)沉浸式的實(shí)驗(yàn)場景之外，還可以在有限空間內(nèi)展示復(fù)雜多樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，從而突破當(dāng)下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的瓶頸，讓實(shí)驗(yàn)課堂變得豐富多樣.

例如以上提到的分子和原子的探索模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上就是將宏觀教學(xué)場景與AR技術(shù)進(jìn)行融合的結(jié)果，主要可以引導(dǎo)學(xué)生從宏觀的角度來分析原子和分子的區(qū)別，從微觀上去了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn).教師還可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)中的模擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建交互式環(huán)境，學(xué)生不僅可以觀察，還可以通過虛擬地操作去了解分子和原子在運(yùn)動過程中形成的原理，也能夠使許多無法利用真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的化學(xué)現(xiàn)象展示出來.例如石墨的微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)量守恒定律的驗(yàn)證等.其次是利用虛擬實(shí)驗(yàn)來展示微觀實(shí)驗(yàn)場景，例如研究水的組成，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)去創(chuàng)建虛擬環(huán)境，探索水分子的各種微觀組成.除此之外，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)結(jié)合起來，促進(jìn)學(xué)生去開展仿真實(shí)驗(yàn)探索.比如在研究氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)支持下調(diào)整相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，并且選擇實(shí)驗(yàn)器材，從而自主構(gòu)建實(shí)驗(yàn)過程.例如對實(shí)驗(yàn)原料的制取、實(shí)驗(yàn)工具的使用、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄等，促進(jìn)學(xué)生更加近距離地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.而在此過程中，教師可以讓學(xué)生靈活運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)問題，有利于強(qiáng)化實(shí)踐研究的體驗(yàn)，也能夠提高學(xué)習(xí)效果.同時(shí)教師也可以實(shí)時(shí)查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，掌握他們的實(shí)驗(yàn)水平，以此來開展針對性指導(dǎo)，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索能力.

5 模擬危險(xiǎn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生理解體驗(yàn)

教師可使用虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生呈現(xiàn)一些錯(cuò)誤操作并產(chǎn)生不良的后果.比如加熱高錳酸鉀制備氧氣，正確的操作是實(shí)驗(yàn)反應(yīng)結(jié)束后，先把導(dǎo)管撤出水槽，然后再熄滅酒精燈.如果實(shí)驗(yàn)操作失誤，先把酒精燈熄滅，然后再把導(dǎo)管撤出水槽，就會發(fā)生水倒吸的現(xiàn)象，試管也有炸裂的可能.再比如稀釋濃硫酸的實(shí)驗(yàn)，正確的操作是將酸加入水，而不是將水倒進(jìn)酸，錯(cuò)誤的操作會導(dǎo)致液體劇烈沸騰，四處飛濺的酸液是非常危險(xiǎn)的.教師在實(shí)際做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不會在學(xué)生面前做錯(cuò)誤的示范，否則將危及個(gè)人的人身安全.而如果只是單純地口頭表述，學(xué)生則可能不以為然，印象也不夠深刻.此時(shí)就可以使用虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生演示錯(cuò)誤的操作，虛擬實(shí)驗(yàn)完全不需要擔(dān)心安全問題，但是又能給學(xué)生帶來逼真的體驗(yàn)，在視覺上和聽覺上感受到錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)的危害性.這種直觀的體驗(yàn)?zāi)軌蛟趯W(xué)生的頭腦中留下深刻的印象，這對學(xué)生增強(qiáng)規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)的意識非常有效.

虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以模擬危險(xiǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，還能模擬定量類的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而生成正確的數(shù)據(jù)表格，形成正確的化學(xué)圖像.應(yīng)用虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，將定性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可不使用傳感器這一類高端的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備.

綜上所述，在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用是新時(shí)代發(fā)展的重要方向，同時(shí)也是提高整個(gè)教學(xué)質(zhì)量的重要手段.在具體課堂上如何應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)還需要根據(jù)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)需求和內(nèi)容去進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且教師也要提升對新技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)能力，為學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)有效的實(shí)踐環(huán)境，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.

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[責(zé)任編輯：季春陽]