孫曉東

摘要：在化學學習過程中，實驗是非常重要的方法與手段，化學課程中許多性質和結論都是經過大量的實驗總結出來的。傳統(tǒng)的教學方法已不能滿足學生對化學知識的探知，隨著教育信息化、智能化、數字化的發(fā)展，通過數字化的實驗課程，教師和學生對化學實驗有了新的認識與期待，教學實踐發(fā)現，虛擬實驗相比學生親自動手操作更能調動學習的興趣。虛擬實驗的“虛擬”性，還可以避免學生在操作過程中因失誤而造成的教學事故，對學生的身心也是很好的保護。因此，虛擬實驗在初中化學教學中的探索與應用，具有重要的意義。

關鍵詞：初中化學 ?虛擬實驗 ?課堂教學

實驗是學習化學的有效途徑，實驗教學可以幫助學生提升學習化學的興趣，發(fā)展學生的思維，培養(yǎng)創(chuàng)新型人材。據調查，教師準備一節(jié)學生實驗課需要花費大量時間，實驗過程中又有一定的危險性，但是實驗結果往往達不到意想的效果，很多一線化學教師經常把“做實驗”變成“講實驗”；這樣表面達到了教師所預期的目的，但是卻忽視了學生思維能力、探究能力的發(fā)展。初中階段的學生，思維意識發(fā)展很快，是綜合能力提高的黃金時期，化學課堂應該為學生營造不斷探索的課堂氛圍，把學生思維發(fā)展放在第一位，著力提高化學核心素養(yǎng)。

一、化學教學虛擬實驗的必要性

虛擬實驗是在計算機輔助技術下構建的一種仿真實驗平臺，其主要特點是實驗的“虛擬”性，操作上更注重實驗的交互性和實驗結果的仿真性。當前化學虛擬實驗主要包括演示視頻、實驗視頻、3D課件、VR課件四種方式，都是在計算機互聯網仿真技術下進行的，相對于傳統(tǒng)的學生動手操作實驗，突破了空間的限制、時間的約束，還具有安全性高、能隨時進行的特點。

二、虛擬實驗在初中化學教學中的應用

1.讓很多實驗的“不可能”變?yōu)椤翱赡堋薄?/p>

化學學習與實驗操作是密不可分的，初中化學教材中有大量的演示實驗，有些實驗具有一定的危險，有些實驗過程中產生的氣體對空氣會造成污染。以測定空氣中氧氣含量的實驗為例，如果裝置氣密性不好，生成的五氧化二磷會污染空氣；一氧化碳還原氧化鐵實驗與工業(yè)煉鐵結合在一起，能非常高的調動學生的求知欲，但是由于一氧化碳有毒并且難以制取，很多教師把做實驗變成了“講實驗”;金屬活動性順序中，鈉與水的反應能很好的調動學生學習的積極性，但是由于該反應有一定的危險性，很多學生對金屬鈉的認識只停留在課本中，對反應現象只能靠“想象”來獲取；在燃燒和滅火的教學中，粉塵爆炸實驗能讓學生感受到爆炸所帶來的危害，很多教師從安全方面考慮，經常以播放視頻或圖片的形式對實驗進行講解，實驗的“真實性”不強，學生領悟不深刻。把虛擬實驗引入化學實驗教學中，可以很好的解決上述實驗過程中帶來的不便，教師利用計算機虛擬實驗軟件，針對一些具有危險性或對環(huán)境造成一定污染的實驗，在虛擬軟件中選擇所需要的虛擬藥品和儀器，完成實驗的整個過程。通過虛擬實驗，可以避免一切實驗過程中出現的“危險性”與“不確定”性。

2.對實驗現象的觀察更加的清楚，描述更加準確，將宏觀現象與微觀世界緊密的聯系在一起，提升學生學習效率。

任何一個實驗過程，對實驗現象的描述都是至關重要的一個環(huán)節(jié)。教師在做實驗的過程中，有些實驗反應速度比較快，如碳酸鈉和鹽酸反應；有些反應速度又特別慢，如鐵的生銹，在酸和堿的反應中，為了確認反應是否發(fā)生，我們經常會向酸或堿中加入酸堿指示劑，通過指示劑顏色的變化來確認反應的發(fā)生，當PH=7時，溶液顏色變化很快，老師很難把握到這一變化的過程，學生觀察起來更不容易。以虛擬實驗的形式開展以上教學，利用3D課件技術，將整個實驗過程“動”與“靜”結合起來，在實驗中控制反應的快慢，可以很詳細的觀察到實驗現象，教師也可以對整個實驗過程進行逐步的分析，沒有了實驗的緊迫性，學生學習效率也會更高。

在化學教學中，很多的化學變化需要從宏觀與微觀兩個方面去認識，如電解水實驗，宏觀表示水通電生成了氫氣與氧氣，在實驗過程中學生很容易觀察到兩種氣體的生成，微觀描述為水分子在通電的條件下生成氫分子和氧分子，對于像分子、原子、離子這樣的微觀粒子，我們看不見也摸不到，學生的認知過程只能靠豐富的想象力去完成，學習興趣也因此大大減弱，利用虛擬軟件中的微觀模型，能形象的演示水分子破裂形成氫原子和氧原子，氫原子和氧原子又重新組合形成新的氫分子和氧分子的過程。虛擬實驗的演示，教師能盡可能的將微觀世界的變化演示出來，學生對化學學科的本質有了更加清楚的認識。

3.提高實驗的效率，避免藥品浪費，彌補實驗器材的不足。

很多農村學校沒有配備專業(yè)的化學實驗老師，化學學科教師往往擔任著多種職務，既要管理化學儀器室、實驗室，還要在規(guī)定的時間完成教學任務，由于工作的繁忙，教師很難有充足的時間走進化學實驗室去準備一個實驗，導致教材中要求做的實驗經常做不全，學生實驗開出率比較低。利用計算機虛擬軟件，教師只要在辦公室中熟練操作虛擬實驗軟件，根據實驗內容，在軟件中選擇所需要的儀器和藥品，就可以用最快的時間準備一個實驗，實驗中用到的藥品和儀器都是虛擬存在的，不存在破損與消耗，避免了藥品的浪費。對于一些不經常使用的藥品和儀器，例如酒精噴燈、冷凝管，金屬鈉、鎂條等，有的學校沒有采購，導致有些實驗缺乏儀器和藥品沒有辦法開展，利用虛擬軟件準備實驗能有效的彌補儀器和藥品的短缺問題，能夠完全滿足教材中的實驗的需要，實驗成本也隨之下降。

4.提升學生自主學習能力，促進學生探究水平不斷提高。

虛擬實驗不需要固定的實驗室，給學生提供了更多探究的空間和時間，學生不僅能在教室能體會到虛擬實驗的便捷性，還可在課后利用計算機自己探究實驗的過程，虛擬實驗不存在危險性，學生可以自主選擇時間、地點及實驗內容進行實驗，這樣學習能力就會不斷的增強，發(fā)現問題、解決問題的方法和手段也會越來越多，還可以利用課余時間把一些教材中的教師演示實驗用虛擬實驗的形式自己做一遍，加深對實驗的理解，例如用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的實驗，我們把紅磷換成碳、硫、鐵絲等物質后，發(fā)現得不到我們想要的實驗結論，此時會極大的激發(fā)學生探究的積極性，直到達成探究的目的，尋找實驗失敗的原因?！艾F實”與“虛擬”結合，“課內”與“課外”結合，對促進學生探究能力的提高具有重要的意義。不斷強化實驗過程，學生發(fā)現問題、提出問題、設計實驗過程、尋找實驗結果的能力也會不斷的得到提升。

5.極大的激發(fā)了學生學習化學的興趣。

現如今，初中學生對信息技術的渴望超過之前的任何一個時期，他們對虛擬世界的渴望更加強烈，教師通過正確的引導，將這種期待引入課堂，引入到化學實驗的探究中去，讓學生在虛擬實驗的過程中感受到信息技術的發(fā)展，感受到化學學科的魅力，滿足學生強烈的好奇心。在虛擬實驗中，學生會發(fā)現很多意想不到的問題，從而進一步激發(fā)解決問題的想法，自己設計探究的過程，班級中化學學習氛圍就會變得越來越濃。

三、初中化學應用虛擬實驗教學時需要注意的幾個問題

1.不能用虛擬實驗完全代替實驗操作

實驗教學是初中化學教學的基礎，雖然虛擬實驗相比傳統(tǒng)實驗有很多的優(yōu)勢，但是教學中不能用虛擬實驗代替所有的實驗操作，對于一些操作簡單、現象便于觀察、操作難度比較小、不具有危險性的實驗，教師在演示之后完全可以讓學生動手進行操作，在一次我縣初中學生化學實驗技能大賽中，實驗內容是二氧化碳的制取與檢驗，其中一組學生在實驗操作中出現了很多問題，比如裝置氣密性不會檢驗、二氧化碳收集后不會驗滿等；在筆試環(huán)節(jié)學生卻表現的非常優(yōu)秀，經過與學生認真討論，學校課堂中的實驗都是以虛擬實驗的形式進行的，學生很少親自動手操作實驗，整體實驗技能比較差。只有實驗“虛”與“實”的結合才能解決長期因虛擬實驗而導致的學生實驗技能低、操作不規(guī)范等問題。

2.學生在虛擬實驗時監(jiān)管缺失，防止出現“假”學習

虛擬實驗的過程學生能夠獨立的完成，不需要老師的輔助，當學生獨自擁有一臺計算機進行實驗操作時，整個過程沒有老師、家長的監(jiān)督，同時網絡對于初中階段學生有著不可抵抗的誘惑，很多時候會以做實驗的“借口”而沉迷于網絡。久而久之最初的學習目標沒有達到，反而困為“實驗”養(yǎng)成了很多不良的習慣，學習成績不斷下降。為了防止以上問題的出現，在實驗之前，教師、家長應該對學生的實驗內容、時間、結果提出一定的要求，提高實驗的時效性和目的性，讓學生在有限的時間去完成整個實驗過程，并在結束之后對整個過程及時的評價，解決實驗中出現的問題，讓虛擬實驗為學生的成長服務。

3.虛擬實驗的真實感較低，不利于培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度。

虛擬實驗能夠模擬真實的實驗環(huán)境和操作過程，但不能完全代替實驗的真實性和對實驗的感性認識。學生沒有動手操作的過程，無法體會某些真實的實驗經過。生石灰和水反應會放出大量的熱，虛擬實驗中學生通過溫度計觀察到隨著反應的發(fā)生溫度一直升高，但是這種變化只能靠觀察去認識，沒有真實的切身感受，不便于記憶與理解，在真實的實驗過程中，我們可以用手去觸摸燒杯的外壁感受溫度的變化，并用放熱、發(fā)燙這些詞去形容放出熱量的多少；硫在氧氣中燃燒會產生具有刺激性氣味的二氧化硫氣體，虛擬實驗中我們只能用文字去描述這一現象，在真實實驗中可以讓學生用實驗室聞氣體味道的方法去嘗試著聞一下二氧化硫氣體的味道，這一過程所帶來的感知是虛擬實驗永遠沒有辦法達到的，實驗獲得感相對比較高?；瘜W實驗過程需要有嚴謹求實的科學態(tài)度，虛擬實驗過程沒有真實實驗要求嚴格，學生操作隨機性強，學生對實驗過程中因錯誤操作而造成的后果也沒有真切的感受，認識不到實驗的嚴謹性。每一次動手實驗都是對未知世界的一種探索，只要你有足夠的勇氣、信心與求知欲，都會有意想不到的收獲，學生也能在這一過程中獲得經驗。

四、虛擬實驗的現實意義。

1.推動化學課堂教學，改變傳統(tǒng)實驗教學觀念，促進教學改革。

虛擬實驗極大的方便了教師在課堂中部分實驗的演示過程，使得課堂中融入更多的信息元素，同時可以打破課堂實驗的限制，將一些受場地、空間、危險性限制的實驗引入課堂，彌補了在課堂中由于一些因現實條件的不足而忽略掉的實驗。

2..實驗內容的多樣化。

教材中的實驗更新時間比較長，在一定程度上不能適應化學教學發(fā)展的需要，虛擬實驗具有超前性，更新速度也比較快，能滿足各種實驗的需要，很多在實驗室中無法完成的實驗，可以在虛擬實驗中找到答案，破解化學研究中的瓶頸，促進化學學科快速發(fā)展。

參考文獻：

[1]?于國樹. 初中化學課程虛擬實驗的教學設計與應用研究[D].云南師范大學，2014.

[2]?竇方義.初中化學虛擬實驗教學策略研究[J].中學課程輔導（教師通訊），2018，No.182（02）：23.