方彥??

摘 要：虛擬實驗室在“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)成績的同時，真正體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的快樂。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；化學(xué)；實驗；教學(xué)

在傳統(tǒng)“實驗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，在實驗活動課時，學(xué)生可以進(jìn)入實驗室進(jìn)行分組實驗。而傳統(tǒng)教學(xué)方式，也許能正確答題，但忽略了化學(xué)實驗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判斷實驗新課的成果是十分片面的。

一、 虛擬實驗室的定義

所謂虛擬實驗室是指在計算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目。虛擬實驗室是模擬化學(xué)儀器、藥品及實驗現(xiàn)象等虛擬實驗環(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)者從大量的實驗中解脫出來，節(jié)省大量的時間、人力、物力和精力，使之投入到更深入的研究工作中去。

二、 “實驗室用高錳酸鉀制取氧氣”的案例

在上新課之前，先讓學(xué)生對新知識進(jìn)行預(yù)習(xí)，并完成練習(xí)冊“知識梳理”的填寫。有些學(xué)生會在家里運用網(wǎng)絡(luò)觀看視頻，不明白的地方會做記號。

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

教師可根據(jù)學(xué)生的實際情況，簡單講解實驗步驟。然后打開虛擬實驗室中的實驗“用高錳酸鉀制取氧氣”，一邊播放動畫，一邊由學(xué)生熟悉實驗過程。本實驗的虛擬實驗室，見圖1。

圖1 實驗室利用高錳酸鉀制取氧氣

由學(xué)生親自動手操作實驗，學(xué)生可以清楚地看到實驗仿真過程以及現(xiàn)象。在操作出錯的時候，系統(tǒng)會出現(xiàn)警示，無法進(jìn)行下一步操作。例如，實驗結(jié)束時，還未將導(dǎo)管移出水面，就先熄滅酒精燈時，系統(tǒng)出現(xiàn)“不可先滅酒精燈，這樣會使水通過導(dǎo)管逆流到試管中，使試管炸裂，應(yīng)該先把水中的導(dǎo)管取出來再滅酒精燈?！秉c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，才能順利完成實驗。學(xué)生能及時發(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。更重要的是不會因為操作錯誤而真的發(fā)生危險，卻能因為虛擬實驗而認(rèn)識到不當(dāng)操作產(chǎn)生的不良后果。

三、 虛擬實驗室的優(yōu)點

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

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

其次，我們做了關(guān)于虛擬實驗室進(jìn)行新課學(xué)習(xí)的效果問卷調(diào)查，統(tǒng)計結(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，即使實驗課去實驗室親手操作，也不能很順利地將實驗步驟和注意事項弄得那么清楚，因此大部分學(xué)生不太感興趣。面對教師的演示實驗、播放視頻，沒有機(jī)會參與實驗，所以學(xué)習(xí)的主動性不強(qiáng)，主動參與實驗的學(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)。整體來說，只是課堂上實驗有明顯現(xiàn)象的時候會心動，沒有真正嘗到學(xué)習(xí)的快樂。而虛擬實驗室的教學(xué)，讓學(xué)生有了更多的機(jī)會自主學(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，非常愿意主動參與實驗，不僅課堂上學(xué)習(xí)主動性強(qiáng)，課后還愿意學(xué)習(xí)更多的實驗內(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)行了單元測試，其中第20題是考查實驗室制取氧氣的相關(guān)知識。選擇了實驗班和對照班進(jìn)行了本題的平均分統(tǒng)計，見表3。

從表3統(tǒng)計結(jié)果看出，P=0.043<0.05，說明實驗班與對照班在采用了虛擬實驗室進(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。而使用虛擬實驗室的實驗班，那些本該淪為學(xué)困生的學(xué)生對此非常感興趣，能主動地學(xué)習(xí)，因此他們的成績反倒對平均分做出了不少的貢獻(xiàn)。

因此，虛擬實驗室的教學(xué)不會因為時間短而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，反而更能說明虛擬實驗室的適當(dāng)使用，能高效地完成教學(xué)工作。

四、 虛擬實驗室在應(yīng)用時需注意的問題

1. 學(xué)校配置短缺。如果每個班級只能用一臺電腦安裝虛擬實驗室，操作實驗的學(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。如果讓每位學(xué)生配置一臺平板，每位學(xué)生就能及時反饋實驗過程及存在的問題，能更高效地完成教學(xué)。

2. 虛擬實驗室與真實實驗相結(jié)合。虛擬實驗畢竟是虛擬的，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在無污染、無破損、省時省力、方便快捷，但實操能力需要真實的實驗才能體現(xiàn)出來。對于用高錳酸鉀制取氧氣如此重要的實驗，虛擬實驗可作為新課教學(xué)讓學(xué)生體會，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)實驗活動課學(xué)生親手操作真實實驗。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，更能實質(zhì)性地參與到實驗中去，真正體會實實在在的儀器和藥品的組合產(chǎn)生了新的物質(zhì)所帶來的快樂。

參考文獻(xiàn)：

[1]王晨，劉男.互聯(lián)網(wǎng)+教育：移動互聯(lián)網(wǎng)時代的教育大變革[M].北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2015.6.

[2]吳美珠.虛擬實驗室在中學(xué)生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].發(fā)明與創(chuàng)新（教育信息化），2015，02：55-59.

[3]楊曉哲.五維突破：互聯(lián)網(wǎng)+教育[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.3.