師宏佳 顧佳麗

摘 要：將線上教學(xué)融入傳統(tǒng)課堂教學(xué)已經(jīng)成為教育教學(xué)改革的一大趨勢。文章在分析線上和線下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，借助“虛擬實(shí)驗(yàn)”這一移動(dòng)端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，以高錳酸鉀制氧氣實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行雙線融合式的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對特殊時(shí)期下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式進(jìn)行了初步探索：（1）學(xué)生通過“虛擬實(shí)驗(yàn)”對目標(biāo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí);（2）師生線上討論交流實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容;（3）學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作;（4）課后鞏固。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn);雙線融合式教學(xué)

基金項(xiàng)目：2021年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目;遼寧省社科聯(lián)項(xiàng)目（2021lslhzyb-13）;渤海大學(xué)2021年中小學(xué)教學(xué)改革聯(lián)合研究項(xiàng)目。

作者簡介：師宏佳（1996—），女，渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，碩士研究生在讀。

顧佳麗（1980—），女，渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，教授，博士。

化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)教學(xué)的最基本特征。《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，義務(wù)教育階段的化學(xué)課程教學(xué)，要通過讓學(xué)生親身經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究活動(dòng)，助力學(xué)生科學(xué)探究能力的形成，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)則是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式。自20世紀(jì)90年代起，部分省市就將化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試作為學(xué)生中考的一部分，以考查初中畢業(yè)生是否具備《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)技能[1]。時(shí)至今日，全國大多數(shù)省份都已將化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考試成績計(jì)入中考總分，視其為中考選拔的指標(biāo)之一。因此，初中化學(xué)教學(xué)應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，比如藥品的取用、簡單儀器的使用和連接及運(yùn)用簡單的裝置和方法制取某些氣體等，而初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)初中生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的重要途徑，其重要性不言而喻。

2020年以來，傳統(tǒng)課堂教學(xué)受到極大的沖擊。線上教學(xué)也已不再是特殊時(shí)期學(xué)校匆忙應(yīng)對下的短期行為，而是一場長期的顛覆式的教學(xué)革命[2]，將線上教學(xué)融入傳統(tǒng)課堂教學(xué)已成為教學(xué)改革的一大趨勢。本文對初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展雙線融合式的教學(xué)模式進(jìn)行探索，以期對特殊時(shí)期下的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化。

一、 初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一） 初中線下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都以教師演示實(shí)驗(yàn)為主，有的教師則選用“視頻實(shí)驗(yàn)”（播放實(shí)驗(yàn)視頻）或“板畫實(shí)驗(yàn)”（在黑板上畫實(shí)驗(yàn)示意圖）的形式來代替實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作;更有甚者，一些教師存在“做實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)不如背實(shí)驗(yàn)、畫實(shí)驗(yàn)、講實(shí)驗(yàn)題”的思維。如此這般，學(xué)生無法通過親自動(dòng)手操作體會(huì)實(shí)驗(yàn)的樂趣，教學(xué)效果大打折扣，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和探究意識及能力的培養(yǎng)十分不利。造成這一現(xiàn)狀的原因，主要有學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件條件不足、化學(xué)教學(xué)課時(shí)緊張、片面追求高升學(xué)率等，此外，部分教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力不足也導(dǎo)致出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)一再被縮減及實(shí)驗(yàn)教學(xué)“紙上談兵”的現(xiàn)狀。

（二）初中線上化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

近兩年，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)受到了極大的沖擊，在教育部“停課不停學(xué)”的號召下，大規(guī)模的線上教學(xué)走進(jìn)大眾視野。然而，初中化學(xué)教學(xué)的重頭戲——

實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在這場大規(guī)模的線上教學(xué)中表現(xiàn)如何呢？

受條件所限，教師在進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)無法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，再加上線上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致其對實(shí)驗(yàn)視頻和課件的依賴程度更高：教師往往通過播放實(shí)驗(yàn)視頻的方式來使學(xué)生大致了解實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)操作，并在此基礎(chǔ)上利用課件向?qū)W生講解實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)。雖然家庭小實(shí)驗(yàn)由于低門檻化（實(shí)驗(yàn)藥品和器材的生活化），能在一定程度上對初中化學(xué)的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充，但很明顯，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這場大規(guī)模的線上教學(xué)中仍然面臨著“教師講實(shí)驗(yàn)、學(xué)生聽實(shí)驗(yàn)”的困境。

如何打破線上、線下初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的困境，優(yōu)化教學(xué)模式以應(yīng)對特殊時(shí)期下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)呢？化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)或許可以為我們提供一個(gè)解決問題的思路。

二、借助移動(dòng)端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開展初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性分析

（一）移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是指利用虛擬技術(shù)、仿真技術(shù)、動(dòng)畫技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者在三維立體模擬實(shí)驗(yàn)室中操作實(shí)驗(yàn)的一種虛擬平臺。國內(nèi)化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)展至今，已有近二十年的時(shí)間，在此期間，化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)展出了PC端和移動(dòng)端兩種平臺[3]。

PC端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展日益成熟，但其建設(shè)、研究和應(yīng)用至今仍集中于高校。主要是由于其訪問時(shí)加載時(shí)間過長、開放性低（加密或內(nèi)網(wǎng)訪問）、前期PC設(shè)備的投入和后期軟硬件維護(hù)成本高昂等原因所致。

移動(dòng)端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)已有十幾年時(shí)間，成熟軟件雖少，但相較傳統(tǒng)的PC端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，其具有的即時(shí)性、泛在性、趣味性、開放性等優(yōu)勢加上智能手機(jī)的高度普及，使得移動(dòng)端的化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺更適合作為優(yōu)化初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺[4]。

近年來，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在教育教學(xué)方面的作用愈發(fā)受到人們的關(guān)注。有調(diào)查顯示，盡管化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室在初中的建設(shè)沒能跟進(jìn)，但初中化學(xué)教師對在教學(xué)中使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)出較高的認(rèn)可度和意愿度[5]。因此，借助移動(dòng)端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室來優(yōu)化初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備一定的可行性。

（二） 移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室——“虛擬實(shí)驗(yàn)”在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的適用性

深圳市征銘科技有限公司開發(fā)的移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室——“虛擬實(shí)驗(yàn)”配套中學(xué)物理、化學(xué)、生物教材制作而成，支持單人練習(xí)模式和雙人搶答模式，意在達(dá)到“在娛樂中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中娛樂”的目的。本研究選取該手機(jī)APP中用戶體驗(yàn)感較好的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K（以下簡稱“虛擬實(shí)驗(yàn)”），初步探討基于該平臺的雙線融合式初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

相較“自由式”的化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，“虛擬實(shí)驗(yàn)”作為一種“流程化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，留給學(xué)生自由發(fā)揮的空間較少，但義務(wù)教育階段教學(xué)活動(dòng)中涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身可供自由探索的空間也比較有限。因此，“流程化”的 “虛擬實(shí)驗(yàn)”基本上可以滿足初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)（目前主要集中在課前預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)兩方面）的需求。且該APP內(nèi)存僅為30M左右，對手機(jī)配置的要求較低，易于實(shí)現(xiàn)班級的覆蓋。

“虛擬實(shí)驗(yàn)”采取“練習(xí)—考核”的融合模式，在對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)操作步驟所需的關(guān)鍵器材或藥品進(jìn)行一定的提示的同時(shí)，亦會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)用時(shí)、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度及成績。除此之外，“虛擬實(shí)驗(yàn)”巧妙地運(yùn)用了引導(dǎo)功能，例如在實(shí)驗(yàn)過程中展示并語音播報(bào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹x器藥品、反應(yīng)原理、關(guān)鍵名詞的解析及以選擇題形式出現(xiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題等，有助于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)度和學(xué)習(xí)效率。

值得一提的是，“虛擬實(shí)驗(yàn)”提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告的查看與下載服務(wù)，學(xué)生可以在虛擬操作過程中或結(jié)束后查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以便其對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更為系統(tǒng)全面的了解。

待學(xué)生預(yù)習(xí)結(jié)束后，教師可以利用該APP的“班級”數(shù)據(jù)功能查看全班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)用時(shí)及成績，并以此了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，以便后續(xù)對線下課程進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)與管理。

三、基于移動(dòng)端虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的雙線融合式初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

本文以高錳酸鉀制氧氣實(shí)驗(yàn)為例，借助“虛擬實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行雙線融合式初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式的初步探索，在學(xué)生通過“虛擬實(shí)驗(yàn)”對目標(biāo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，師生開展線上討論交流實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，再由學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作并在課后及時(shí)鞏固，最后由教師對學(xué)生在各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評價(jià)。

（一）學(xué)生通過“虛擬實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行預(yù)習(xí)和練習(xí)

學(xué)生通過“虛擬實(shí)驗(yàn)”的練習(xí)模式對目標(biāo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并錄下整個(gè)虛擬操作過程，以便進(jìn)行線下的師生交流與多維評價(jià)工作。除此之外，學(xué)生還需撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告，將其在虛擬操作中了解的實(shí)驗(yàn)涉及的化學(xué)基礎(chǔ)知識及存在的疑惑記錄下來，待線下與老師和同學(xué)進(jìn)行交流。

在“虛擬實(shí)驗(yàn)”APP安裝注冊完畢之后，學(xué)生開始登錄進(jìn)入軟件，點(diǎn)擊并選擇單人實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑ň毩?xí)模式）即可進(jìn)行預(yù)習(xí)。在練習(xí)模式下，學(xué)生點(diǎn)擊目標(biāo)實(shí)驗(yàn)名稱后即可進(jìn)行如下的虛擬操作：

1.簡單儀器的連接，包括橡膠塞與導(dǎo)管的連接、橡皮管與導(dǎo)管的連接等。

2.利用“手握法”檢查裝置的氣密性。

3.取用粉末狀固體藥品高錳酸鉀。

4.將試管固定在鐵架臺上，試管口略向下傾斜（防止冷凝水回流到熱的試管底部導(dǎo)致試管炸裂），且鐵架臺的鐵夾要夾在試管中上部，即距試管口1/3～1/4處。

5.酒精燈的點(diǎn)燃及熄滅：點(diǎn)燃酒精燈時(shí)用燃著的火柴點(diǎn)燃;熄滅酒精燈時(shí)使用燈帽蓋滅，連續(xù)蓋兩次，避免冷卻后蓋內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓導(dǎo)致蓋子打開困難。

6.使用酒精燈對試管內(nèi)的固體藥品加熱;先預(yù)熱（用酒精燈外焰在試管下方來回移動(dòng)），待試管受熱均勻后，用酒精燈外焰對高錳酸鉀所在的部位進(jìn)行集中加熱。

7.拆卸集氣裝置時(shí)，先將導(dǎo)管移出水面，再撤走酒精燈，防止水槽中的水回流導(dǎo)致試管炸裂。

學(xué)生在以上虛擬操作的過程中，還可借助“虛擬實(shí)驗(yàn)”的引導(dǎo)視角和“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的查看與下載功能，高效率地了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)所需儀器藥品、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)及該實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和基本概念（以選擇題形式出現(xiàn)）等。

教師在學(xué)生預(yù)習(xí)結(jié)束后，可以通過后臺的“班級”數(shù)據(jù)功能查看全班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)用時(shí)及成績，以此來了解學(xué)生預(yù)習(xí)與否以及預(yù)習(xí)效果的優(yōu)劣。

（二） 線上實(shí)驗(yàn)講解及線下實(shí)驗(yàn)室操作

由于學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中已經(jīng)對該實(shí)驗(yàn)有了基本的認(rèn)識和理解，因此教師在線上課堂中不需要再對其進(jìn)行一一講解，可抽取一部分同學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)操作錄屏進(jìn)行播放，再與學(xué)生共同完成對這些虛擬操作過程的多維評價(jià)，體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。需要注意的是，虛擬實(shí)驗(yàn)操作畢竟只是模擬，其真實(shí)性與合理性還有待加強(qiáng)，這可能對學(xué)生的實(shí)際操作造成一定的誤導(dǎo)。因此，教師可通過播放實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的演示視頻來盡可能減少此類情況的出現(xiàn)。

除此之外，教師還可以查看學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告中記錄的“疑難雜癥”，選取其共性問題在課堂上供學(xué)生交流討論，再由教師對其進(jìn)行補(bǔ)充和解答。

線下實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生兩人為一組領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)際操作，小組之間可在實(shí)際操作過程中通過討論交流加深對實(shí)驗(yàn)的理解。而教師在巡視學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過程中，要指出其不規(guī)范或具有安全隱患的操作。

學(xué)生完成實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作后，小組派代表發(fā)言指出虛擬實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作的異同點(diǎn)，并就實(shí)際操作中出現(xiàn)的新的疑惑與教師和同學(xué)進(jìn)行交流討論，最后再由教師對學(xué)生實(shí)際操作中存在的共性問題進(jìn)行補(bǔ)充和解答。

（三）課后鞏固及考核

學(xué)生在線下完成實(shí)驗(yàn)操作后，撰寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師則通過批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來了解學(xué)生此次實(shí)驗(yàn)的掌握和完成情況。除了撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生還可通過“虛擬實(shí)驗(yàn)”的雙人搶答模式與同組同學(xué)競賽，以此來復(fù)習(xí)鞏固此次實(shí)驗(yàn)的知識點(diǎn)。

最終，教師通過綜合學(xué)生的虛擬操作成績、預(yù)習(xí)報(bào)告成績、實(shí)驗(yàn)室操作成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績及課堂參與度（均為百分制）來評判學(xué)生此次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的情況：實(shí)驗(yàn)成績=虛擬實(shí)驗(yàn)成績×20%+預(yù)習(xí)報(bào)告成績×10%+實(shí)驗(yàn)室操作成績×20%+實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績×40%+課堂成績×10%。

四、總結(jié)

本文借助“虛擬實(shí)驗(yàn)”這一移動(dòng)端化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，以高錳酸鉀制氧氣實(shí)驗(yàn)為例研究雙線融合式的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化進(jìn)行了初步的探索。

但不可否認(rèn)的是，在初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用“流程化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室——“虛擬實(shí)驗(yàn)”，盡管可以讓學(xué)生按部就班地完成相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)操作，但留給學(xué)生自由發(fā)揮的空間較少，長此以往，不利于學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)。因此，教師還可運(yùn)用一些“自由式”的移動(dòng)端化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室（比如“燒杯”），給學(xué)生更多自由探索的空間。除此之外，教師還可設(shè)計(jì)一些探究性強(qiáng)、安全性高的家庭小實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

另外，虛擬實(shí)驗(yàn)室的一大優(yōu)點(diǎn)是試錯(cuò)成本低——不存在試劑和儀器消耗、可規(guī)避實(shí)際操作中存在的危險(xiǎn)因素等。但教師也要注意其對實(shí)際操作帶來的負(fù)面影響，比如學(xué)生在進(jìn)行具有安全隱患的操作時(shí)操作不規(guī)范、安全意識低下等，此時(shí)教師需要對學(xué)生進(jìn)行及時(shí)的提醒及教育。

總之，利用移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開展初中化學(xué)雙線融合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的可行性，但同時(shí)教師也應(yīng)認(rèn)識到模擬實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的局限性。因此，在利用移動(dòng)端虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)教學(xué)時(shí)教師應(yīng)清楚地認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作的不可替代性及虛擬實(shí)驗(yàn)操作的輔助性，正確處理好二者在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)系，以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

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