教師的得力助手
——虛擬實(shí)驗(yàn)室——初中化學(xué)課堂中可視化教學(xué)的運(yùn)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(dāng)前,在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在一些問題,如,實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師演示為主,學(xué)生不能清晰地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;受資源限制影響,學(xué)生沒有機(jī)會(huì)自己動(dòng)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(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,市場上推出的“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”軟件能夠較高程度地仿真實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,呈現(xiàn)精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),解決傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域注入新動(dòng)力.

1 初中化學(xué)課堂中虛擬實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用的優(yōu)勢

1.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

在課堂中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)室可視化教學(xué)的模式進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),能夠讓學(xué)生“身臨其境”,建立對(duì)化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情[1].

1.2 借助信息技術(shù)創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)情境

為了提升初中生化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情,加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)化學(xué)抽象知識(shí)的理解與運(yùn)用,體會(huì)人們生活工作中化學(xué)知識(shí)的重要性,教師往往在化學(xué)課堂中運(yùn)用可視化技術(shù)創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室,為學(xué)生創(chuàng)建化學(xué)教學(xué)情境.

2 虛擬實(shí)驗(yàn)室輔助化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)原則

第一,綜合性原則.教師設(shè)計(jì)教學(xué)的時(shí)候,不但要思考教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容,還要考慮教學(xué)對(duì)象.教師可以帶領(lǐng)學(xué)生針對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)開展不同形式的實(shí)驗(yàn),然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較.教師還可以使用知識(shí)遷移的方法,將以往實(shí)驗(yàn)的方法遷移到新的實(shí)驗(yàn)中,讓學(xué)生能夠綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)解決化學(xué)問題.

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

第三,反饋性原則.教師設(shè)計(jì)教學(xué)過程是為了讓學(xué)生更好地掌握知識(shí),有時(shí)為了了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況,需要獲得精準(zhǔn)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(jìn)行精準(zhǔn)反饋,了解學(xué)生對(duì)知識(shí)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(shí)驗(yàn)室的時(shí)候,要注重使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程,及時(shí)準(zhǔn)確地給予學(xué)生反饋信息.

2.2 基于可視化技術(shù)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的多媒體設(shè)備環(huán)境.在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)前對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的物理環(huán)境進(jìn)行調(diào)研,可知學(xué)校是否具備能夠開展虛擬實(shí)驗(yàn)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(jì)技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)要注意知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖與學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)圖兩部分,讓學(xué)生能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)室的輔助下建立清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)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(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo).教師在設(shè)計(jì)技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境的時(shí)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(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖的構(gòu)建,能夠理清學(xué)習(xí)知識(shí)間的關(guān)系,幫助學(xué)生能夠快速地內(nèi)化知識(shí),重構(gòu)知識(shí)圖式.

第三,資源學(xué)習(xí)環(huán)境.教師在設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)環(huán)境的時(shí)候要結(jié)合學(xué)生化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的情況,防止因?yàn)樘峁┖唵蔚膶W(xué)習(xí)資源導(dǎo)致學(xué)生浪費(fèi)學(xué)習(xí)時(shí)間.同時(shí)在信息環(huán)境下虛擬實(shí)驗(yàn)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(dú)立虛擬實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì).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(shí)驗(yàn)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(jì)中有針對(duì)性地為學(xué)生提供信息化資源.

2.3 基于虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)教學(xué)過程

教師在以自己為主導(dǎo)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)的時(shí)候,應(yīng)結(jié)合學(xué)生學(xué)情與教學(xué)設(shè)計(jì)的原則,有效設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室輔助課堂的教學(xué)過程,在可視化技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)的輔助下,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,組織學(xué)生自主運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)施自主探究活動(dòng).所以設(shè)計(jì)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(shí)、布置作業(yè)[2].

教師在以學(xué)生為主體設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)的時(shí)候,要組織學(xué)生實(shí)施自主探究、合作交流,通過學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)讓學(xué)生真正融入虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中.在教師引導(dǎo)學(xué)生研究學(xué)習(xí)任務(wù)、進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)后,學(xué)生能夠?qū)W會(huì)學(xué)習(xí).基于此設(shè)計(jì)的學(xué)生活動(dòng)包括觀察實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、討論交流等.在設(shè)計(jì)教學(xué)過程的時(shí)候運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)室,不但要向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)素材、創(chuàng)建情境,還要讓學(xué)生通過信息技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“操作”,以此能夠更好地思考知識(shí)、遷移知識(shí),能夠通過在虛擬實(shí)驗(yàn)中與同伴討論實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)原理等,并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

教學(xué)過程的設(shè)計(jì),要聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際引入新知.化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)銜接下,使用啟發(fā)、討論、對(duì)比、總結(jié)的方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步遷移知識(shí),教師此時(shí)使用虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生虛擬展示實(shí)驗(yàn)步驟,清晰展示藥品的取用方法、實(shí)驗(yàn)裝置的連接、數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)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(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)步驟并記錄.教師此時(shí)要監(jiān)督指導(dǎo),讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)流程,加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的掌握.最后在教師的提問下由學(xué)生做匯報(bào)總結(jié),完成知識(shí)的總結(jié)整理.

3 虛擬實(shí)驗(yàn)室輔助化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

以初三化學(xué)“二氧化碳的制取”探究性實(shí)驗(yàn)課為例,教師將學(xué)生帶到計(jì)算機(jī)教室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)探究課.課堂中使用生活情境導(dǎo)入法與新舊知識(shí)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(shí)驗(yàn)的對(duì)比,讓學(xué)生回憶曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的氧氣的制取知識(shí),通過知識(shí)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(shí)的銜接下幫助學(xué)生更好地理解知識(shí).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(shí)際情境,讓學(xué)生對(duì)二氧化碳有一定的了解與認(rèn)知,同時(shí)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(shí)銜接

請(qǐng)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(shí)驗(yàn)室制取、收集氧氣的方法與化學(xué)方程式、氧氣的特點(diǎn)等知識(shí).通過學(xué)生自主思考并總結(jié)反思?xì)w納知識(shí)點(diǎn),培養(yǎng)其知識(shí)總結(jié)與探究能力.

3.3 借助虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬演示

在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)下載好NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)中虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生展示制取氧氣的實(shí)驗(yàn),為即將進(jìn)行的二氧化碳的制取提供示范,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生動(dòng)手做制取二氧化碳實(shí)驗(yàn)的興趣.學(xué)生們?cè)诮處熖摂M實(shí)驗(yàn)的演示下,能夠掌握使用虛擬實(shí)驗(yàn)的操作要領(lǐng).

3.4 發(fā)布實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)

以小組合作探究為主,教師先將學(xué)生進(jìn)行分組,讓每一小組中的學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的分工,一同合作操作實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn),總結(jié)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(qǐng)你借助虛擬實(shí)驗(yàn)軟件做虛擬實(shí)驗(yàn),找到最適合制取二氧化碳的原料”.學(xué)生們通過虛擬實(shí)驗(yàn)軟件做實(shí)驗(yàn),觀察并記錄不同原料反應(yīng)生成二氧化碳時(shí)的現(xiàn)象,通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),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(shí)產(chǎn)生二氧化碳的同時(shí)還生成硫酸鈣,硫酸鈣是微溶物,阻礙反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳.學(xué)生們使用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,不僅可以鍛煉動(dòng)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(shí)驗(yàn)的對(duì)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(shí)驗(yàn)裝置.請(qǐng)學(xué)生回憶制取氧氣實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)裝置與實(shí)驗(yàn)方法,問題:(1)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的裝置要有幾部分?(2)選擇實(shí)驗(yàn)裝置的時(shí)候要考慮哪些因素?(3)收集氣體的方法有哪些?在對(duì)這些問題思考后,教師借助多媒體為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)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(qǐng)學(xué)生自主動(dòng)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(shí)驗(yàn)邊思考這個(gè)裝置是否最佳,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比總結(jié)出最適合的裝置.在確定制取二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置的任務(wù)中,教師為學(xué)生直接提供虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境與任務(wù),然后讓學(xué)生自主思考討論,在虛擬實(shí)驗(yàn)中確定實(shí)驗(yàn)裝置.

任務(wù)三,確定二氧化碳的檢驗(yàn)方法.教師提出層次性任務(wù):二氧化碳的檢驗(yàn)方法;二氧化碳的驗(yàn)滿方法;實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的完整步驟.請(qǐng)學(xué)生通過對(duì)氧氣檢驗(yàn)與驗(yàn)滿的方法進(jìn)行知識(shí)遷移,嘗試總結(jié)二氧化碳的檢驗(yàn)與驗(yàn)滿方法,然后請(qǐng)兩名學(xué)生到講臺(tái)上完整做出制取、收集二氧化碳的虛擬實(shí)驗(yàn),其他學(xué)生認(rèn)真觀察并指出是否正確.以此通過師生互動(dòng)提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與感,提升其實(shí)驗(yàn)操作能力.

4 結(jié)束語

虛擬實(shí)驗(yàn)室輔助初中化學(xué)課堂,能夠幫助教師代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn),解決學(xué)校教學(xué)資源不足、實(shí)驗(yàn)課時(shí)少等問題.另外,在虛擬實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)用下,還能有效培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力,增強(qiáng)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng).虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)踐操作平臺(tái),符合新課標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力、合作意識(shí)與創(chuàng)新思維的要求.