徐國華

摘 要：虛擬實驗室是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)而建立的虛擬實驗空間，它作為傳統(tǒng)實物實驗的輔助工具對實驗教學(xué)發(fā)揮著重要作用。“NOBOOK虛擬實驗室”是近年興起的虛擬實驗教學(xué)平臺，本文以“溶解的快與慢”這一節(jié)為例，利用NOBOOK虛擬實驗室進行教學(xué)設(shè)計，讓學(xué)生體驗虛擬實驗的過程，克服傳統(tǒng)課堂實驗教學(xué)上的局限，為實驗教學(xué)改革提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：NOBOOK; 虛擬仿真; 實驗教學(xué); 教學(xué)改革

中圖分類號：G623.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2020）12-053-002

一、前言

在教育信息化的背景下，利用虛擬仿真技術(shù)拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，延伸實驗教學(xué)的時間和空間，提升實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平，是教育信息化的一個重要方向。2014年由北京樂步教育科技有限公司研發(fā)的“NOBOOK虛擬實驗室”系統(tǒng)是一款包含物理、化學(xué)、生物和小學(xué)科學(xué)的虛擬仿真實驗教學(xué)軟件[1]。它是目前較為先進的一款虛擬仿真實驗軟件。例如在小學(xué)科學(xué)虛擬實驗中包含物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域、技術(shù)與工程領(lǐng)域中的實驗，因其栩栩如生的畫面感而備受好評。而且“NOBOOK虛擬仿真實驗”軟件可實時更改實驗數(shù)據(jù)以獲得不同的實驗結(jié)果，并依托Flash交互技術(shù)，加入多維動畫，仿真性較高，在課堂上的互動效果較好，課后學(xué)生也可利用軟件復(fù)習(xí)所學(xué)知識[2]。

NOBOOK虛擬實驗室具有以下特點：一、虛擬實驗突破了空間的約束。虛擬實驗不局限于現(xiàn)有空間，它可以讓學(xué)生進入宏觀與微觀的世界，突破了所謂的常規(guī)空間的約束。比如模擬月球登陸實驗，學(xué)生可以利用鍵盤和鼠標，控制登月飛行器的降落和起飛，挑戰(zhàn)不同地點的安全著陸，學(xué)生可以感受到月球上引力和重力的大小。學(xué)生仿佛身臨其境一般;二、虛擬實驗超越了時間的限制。虛擬實驗可以突破常規(guī)的時間限制，在極短的時間內(nèi)，向?qū)W生呈現(xiàn)幾百年甚至幾千年的實驗現(xiàn)象。比如巖石的風(fēng)化是一個漫長的過程。通過虛擬實驗可以清楚地了解溫度、流水、動植物對巖石的影響。而課堂上的實驗由于時間限制效果并不明顯;三、高安全性，降低實驗風(fēng)險。虛擬實驗可以降低實驗風(fēng)險避免傳統(tǒng)實驗中發(fā)生的觸電、起火、爆炸等危險現(xiàn)象，特別是一些關(guān)于電學(xué)的實驗，具有一定的危險性。虛擬實驗可以提高實驗的安全性，減小實驗中對學(xué)生造成的不確定傷害;四、隨時隨地使用虛擬實驗可以滿足學(xué)生在課堂或課下隨時隨地使用的需求，不受傳統(tǒng)實驗時間與場地的限制。只要有一臺電腦和相關(guān)的軟件程序，我們就可以開展實驗。

二、教材內(nèi)容分析

《溶解的快與慢》是教育科學(xué)出版社小學(xué)科學(xué)教材四年級上冊溶解單元的第5課，本課在本單元中起承上啟下的作用，是基于前一節(jié)《不同物質(zhì)在水中的溶解能力》的基礎(chǔ)上來研究探索“溶解的快慢”，引導(dǎo)學(xué)生運用對比實驗的方法，探究影響物質(zhì)溶解速度的主要因素，讓學(xué)生自主經(jīng)歷“問題——假設(shè)——驗證——證實”的科學(xué)探究活動過程，為后面《100毫升水里能溶解多少克食鹽》等探究活動作好充分的知識準備。

三、學(xué)情分析

第一，知識狀況。在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了不同物質(zhì)在水中的溶解能力的相關(guān)知識，但是影響溶解快慢的原因，還不是很明確。第二，能力狀況。這一階段的學(xué)生觀察能力較強，科學(xué)探究能力正在進一步發(fā)展。第三，心理狀況。四年級學(xué)生思維活躍，求知欲和好奇心強，通過NOBOOK虛擬實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察方糖溶解的快慢，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、教學(xué)目標

1.知識與技能

知道可溶性固體物質(zhì)在水中溶解的快慢與物體顆粒的大小、水的溫度以及混合溶液是否被攪動等因素有關(guān)。

2.過程與方法

能開展控制單個變量進行對比的實驗，經(jīng)歷并學(xué)會“問題——假設(shè)——驗證——證實”這一科學(xué)探究過程。

3.情感態(tài)度價值觀

能夠與同學(xué)進行合作探究活動，在活動中愿意交流與合作;能將對比實驗這種科學(xué)的方法運用到解決同類科學(xué)問題的研究當(dāng)中去。

五、教學(xué)策略與方法

受實驗材料等原因的限制，傳統(tǒng)實驗教學(xué)以老師“講課本，讀實驗”或用動畫展示為主，實驗課堂沒有活力，學(xué)生只是被動地獲取知識，學(xué)習(xí)積極性不高。因此，本節(jié)教學(xué)設(shè)計，以NOBOOK虛擬實驗平臺為依托，重新編排教學(xué)設(shè)計，以期能夠克服傳統(tǒng)的實驗教學(xué)實驗材料不足、效果不明顯等問題。學(xué)生利用NOBOOK虛擬實驗平臺進行實驗，推理實驗現(xiàn)象，歸納概括實驗結(jié)果，體驗科學(xué)探究的過程。

六、教學(xué)過程組織

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入探索

（1）師：老師倒了一杯冷的純凈水，放入一勺食鹽，但是食鹽沉在杯底，溶解的很慢，請大家?guī)屠蠋熛胂朕k法，怎樣可以加快老師杯中食鹽的溶解？

（2）生1：（把冷水換成熱水）;生2：（用筷子攪拌）;生3：（把涼水換成熱水再攪拌……）

（3）教師板書：攪拌、加熱（熱水）、把涼水換成熱水再攪拌……

（4）師：同學(xué)們想出了這么多辦法，真是令老師佩服，是不是你們的這些辦法真的有效呢？這節(jié)課我們就來研究這個問題：溶解的快與慢。（板書課題）

2.實驗驗證，明白影響物質(zhì)溶解快慢的因素

引導(dǎo)學(xué)生打開NOBOOK虛擬實驗軟件，進入“溶解的快與慢”這一實驗。

（1）驗證加熱能夠加快溶解。

如圖1所示，用鼠標點擊開始實驗，進行實驗。如圖2所示，相同條件有好幾個，不同條件只有一個（一杯熱水，一杯冷水。）這種方法在我們的實驗課上叫做對比實驗。如圖3所示，點擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量的熱水和冷水中，進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結(jié)論如圖4圖5所示，熱水杯中的食鹽比冷水杯中的食鹽溶解的快。因此本實驗可以證明水的溫度越高，食鹽溶解的越快。

（2）驗證攪拌能夠加快溶解。

如圖6所示，用鼠標點擊加入食鹽，進行實驗。如圖7所示，點擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量兩杯冷水中，如圖8所示，相同條件有好幾個，不同條件只有一個（一杯攪拌，一杯不攪拌），進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結(jié)論如圖8圖9所示，攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，不攪拌的杯子中食鹽溶解的較慢。因此本實驗可以證明攪拌可以加速食鹽的溶解。

（3）驗證加熱并攪拌能夠加快溶解。

如圖10所示，用鼠標點擊加入食鹽，進行實驗。如圖11所示，點擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量熱水杯、冷水杯中，如圖12所示，相同條件有好幾個，不同條件有熱水杯（攪拌），冷水杯（不攪拌），進行相同的時間，觀察兩個杯子中食鹽溶解的快慢。

實驗結(jié)論如圖12圖13所示，熱水并且攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，冷水不攪拌的杯子中食鹽溶解得較慢。因此本實驗可以證明加熱并攪拌可以加速食鹽的溶解。

（4）學(xué)以致用，驗證碾碎能夠加快方糖溶解

師：看大家做實驗這么認真，老師獎勵每人吃一顆方糖。但先思考一下：怎樣吃糖，可以讓它溶解得更快呢？

七、評價與展望

本研究設(shè)計借助NOBOOK虛擬實驗平臺，重新對“溶解的快與慢”進行教學(xué)設(shè)計。通過虛擬動畫的演示，學(xué)生更容易理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的提升，更好的促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

當(dāng)然，NOBOOK虛擬實驗也存在一些不足，虛擬實驗畢竟不是真實實驗，學(xué)生只能在電腦端進行實驗，不能親自動手操作。虛擬實驗可重復(fù)進行，且實驗步驟都是預(yù)設(shè)好的，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，教師在實驗教學(xué)中應(yīng)以真實實驗為主，考慮到安全性、時空限制等因素，則可以輔助NOBOOK虛擬實驗進行教學(xué)。

參考文獻：

[1]張小丹.基于NOBOOK虛擬仿真實驗的生物學(xué)教學(xué)[J]中國教育技術(shù)裝備，2019（13）：46-48

[2]陳曉甜.基于NOBOOK的高中化學(xué)虛擬實驗教學(xué)設(shè)計與實踐[D]河南大學(xué)，2019