NoBook虚拟实验室在化学实验专题复习中的应用

脱晓燕 李奕霖 吴晓红

摘  要 实验专题是化学复习的一个重要部分，在化学高考中占有很大比重。将NoBook虚拟实验室纳入中学化学实验复习教学中，与传统的实验复习教学结合，会对整体化学实验复习的教学体系产生新的影响。

关键词 高中化学;化学实验;实验复习;虚拟实验室;核心素养;探究性实验

中图分类号：G633.8    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）07-0132-03

1 问题的提出

化学是一门以实验为基础的学科，实验既是研究化学的科学方法，也是学习化学的重要手段。高中化学新课标中明确提出培养学生“实验探究与创新意识”这一核心素养，强调化学课程要重视素养为本的教学，倡导真实情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动。高考中与化学实验紧密相关的题目所占比重也在逐渐增多。以全国卷为例，不仅第27题通常以一道15分左右的大题形式考查实验探究，在选择题中也会涉及一道与实验操作相关的题目，如选择合适的气体除杂方式，选择正确的实验装置图等。甚至在化学工艺流程题、有机选修题中也会或多或少涉及与实验相关的内容。因此，实验专题是化学复习中必不可少的部分。

对于实验的复习，多数师生采取的形式与其他专题无异，局限在课上教师讲授，带领学生回顾重点实验的原理、操作、现象等;课下学生参考教辅书进行整理、记忆。这样的复习方式缺少学生亲自动手实践的过程，既不利于学生的理解记忆，也不利于学生实验探究、创新、灵活解决问题能力的提高，久而久之，会使学生失去对化学实验复习的兴趣[1-2]。真实的实验操作受到中学实验室人数容量、开放时间、药品种类与数量、实验室安全等限制，很难满足学生个性化、多样化、随时化的需求。而NoBook虚拟实验室等线上仿真实验软件的出现，可以让学生利用电子设备虚拟操作实验，肉眼可观现象，从而加深对化学知识与实验操作的理解[3]。因此，对于化学实验的复习也应寻求更好的方式，将虚拟仿真技术应用到实验复习中，通过学案、作业等设计，引导学生有针对性地训练某项实验技能，从虚拟操作中领会实验要点，内化相关知识，较好地满足复习个性化需求。

2 NoBook虚拟实验室与化学实验专题复习的结合

NoBook虚拟实验室（以下简称NB）是一款为中学师生打造的化学实验操作与演示的线上工具。它依托于化学实验独有的四大引擎真实模拟实验反应现象、获取数据，可供学生像真实实验一样自由DIY并任意组装实验器材进行线上实验操作，可视化地得到计算机模拟的实验现象，将知识形象化、学习场景化。

利用NB复习中学阶段基本实验仪器与操作方法  实验室安全以及对化学实验仪器的正确认识是学生高中阶段化学实验学习的第一课，也是走进化学实验室的重要基础。因此，常用仪器的正确使用方法和基本操作是高考考查的热点之一。对于该考点的考查除了会以选择题的形式出现外，在物质的制备和化学工艺流程两个大题中都可能涉及，考查的内容主要有：蒸馏烧瓶、蒸发皿、坩埚、容量瓶、滴定管、分液漏斗、冷凝管等重要仪器的名称和使用方法;常用装置的组装和用途;分离、提纯、检验，溶液的配制，沉淀的洗滌等基本操作。对于该专题的复习，要学生撒网式熟记常用化学实验仪器的特点，并且理解性记忆而非机械记忆。

在NB的基础上，相关复习课形式发生转变。课上由教师提供仪器名称，学生操作NB选出对应的实验仪器（如图1所示），进行观察并上台进行仪器操作演示，回忆总结相关实验仪器操作知识。课下，学生可以随时随地按照此方法自由复习中学常见仪器。中学阶段常用实验仪器在NB中覆盖完全，师生可以结合软件对任意仪器进行复习，这样的复习更具有直观性，同时避免教师备课时准备真实实验仪器供学生观察而耗费时间。

以容量瓶的相关知识复习巩固为例，教师指定一位学生在NB上查找容量瓶并向全班展示，班级同学观察、记忆容量瓶的形状。教师提出问题：“观察容量瓶，我们可以看到容量瓶上都标有什么？”一部分学生直接回答：“容量瓶上标有温度、容量和刻度线。”但也有少部分学生因掌握知识不牢而产生疑惑，因此更加细致地观察仪器。接下来以配置一定浓度的NaCl溶液为例，令学生在NB中选择所需仪器和药品进行线上操作，并在此过程中总结容量瓶使用注意事项，完成对容量瓶的相关知识点复习。使用NB将理论知识与实验操作相结合，可以更好地唤醒学生记忆，增加学生对于仪器使用、实验操作、实验步骤的印象。

利用NB复习教材中的重点实验  课本中的实验是高中阶段最基本的实验，是众多实验中挑选出来的最具有代表性与教学性的实验，承担着帮助学生学习化学新知与新技能的重要责任。因此，高考实验题大多源于教材中的实验，实验考查回归课本，对于课本中重点实验的复习也是实验专题复习必不可少的一部分。在中学对于每个实验的复习既要遵循教材，也要高于教材，即要挖掘实验的内涵与外延，可以从实验原理、装置原理及操作原理等方面进行拓展复习，培养学生的实验设计能力以及创新能力。在指定实验的复习过程中，教师要求学生对该实验过程及现象进行回顾，并挑选一名学生使用NB完整地操作一遍实验，其余学生观察其实验操作步骤及实验现象是否正确和完整;然后，教师根据该生的线上操作情况引导全体学生再次回顾实验流程，并详细讲述重要步骤。相较于传统实验复习，其另一巨大优势是教师也可以针对一些危险的实验步骤进行试误，借助线上实验室模拟错误操作后出现的实验意外现象，可再次强调相关注意事项，更能给学生以警示，使得学生注意实验操作的正确性及安全性。

以“钠与水反应的实验”复习为例，如图2所示。教师首先要求学生写出钠与水反应的化学方程式并回忆实验现象，然后指派学生上台在NB上操作演示，让学生从软件中选择出本实验所需的全部仪器和药品进行线上操作，其他学生认真观看实验操作，并与记忆中的实验流程进行对比。同时，学生根据软件呈现的现象检查自己记忆得是否全面，然后共同分析现象产生的原因，最终总结为五个字：浮、熔、游、响、红。接着，教师提出问题：“在钠与水的实验中，我们需要注意哪些问题？”学生给出答案：“首先，我们应将钠块表面的煤油擦干净;其次，实验中的钠块不宜过大，否则会引起爆炸。”

教师带领学生进行实验试误，操作NB将一块直接从煤油里拿出来的一小块钠投到加有酚酞溶液的烧杯中，学生观察到钠与水剧烈反应时有大量黑烟产生，猜想分析原因后由教师讲解：原来黑烟是因为钠与水反应放出大量的热量，引燃了沾在钠表面的煤油而产生的。再次进行试误，在NB中取出大块金属钠，擦干表面的煤油后不进行切割，直接投入滴有酚酞溶液的烧杯中，不仅出现“浮熔游响红”现象，还产生爆炸。此时学生真正深刻认识到因为钠块太大，在熔化后反应热继续聚集，最终将与水反应产生的氢气引燃，发生爆炸。由此完成对实验过程、现象、注意事项的复习巩固，而且在实验试误的过程增强了学生对待实验的正确态度。

利用NB复习探究性实验  科学探究是学生必备的品质，实验探究与创新意识也是学生要发展的一大化学核心素养。因此，在高考中，化学实验的另一重要考查方向是探究性实验。探究性实验的试题综合性强，理论和实践联系紧密，有的还提供一些新的信息，要求考生必须冷静审题，联系所学知识和技能进行知识的类比、迁移、重组和全面细致的实验思考才能正确作答。探究性实验的复习难度相对较高，如果仅停留在理论上的探究而不让学生实践验证，既会令学生探究的效果减弱，也会使学生逐渐降低实验探究的兴趣。在实验复习课上，教师准备试剂带领学生现场探究实验，既增加了备课的难度，也耗时耗力，耽误教学进度。利用NB，让学生根据题目要求和自己的猜想与设计选择相应的仪器药品，线上虚拟操作，可以迅速、安全地得到探究结果，帮助学生完成探究性实验例题，增强实验探究能力。

以对实验室制取乙烯并验证乙烯具有还原性的实验装置的典型实验探究题复习为例，在学案中提供实验装置图：酒精灯对装有浓硫酸、酒精并放入碎瓷片的圆底烧瓶加热，连接的导管先通过一个装有氢氧化钠溶液的甲装置，最后通入一个装有酸性高锰酸钾溶液的乙试管。让学生分析装置甲的作用并选择合适仪器以及猜想实验现象。师生在NB中选择仪器并进行搭建，如图3所示。学生通过猜想甲装置的用途，选择自己心中理想的仪器装NaOH溶液并与其他装置连接;在接下来的实验过程中如果能得到预期的实验效果，则说明装置设计正确，否则分析原因并重新选择。对于实验现象“烧瓶中的混合物逐渐变黑，乙试管中酸性高锰酸钾溶液紫色褪去”，可以通过NB直接显示出来以验证猜想是否正确。在深入探讨甲装置的重要性时，教师可以引导学生运用NB再搭建一套不含甲的装置，并进行实验来对比结果是否有变化。利用NB，师生在有限的时间内不仅可以快速安全地还原实验装置，还能通过具体实验探究验证对每步操作、每个装置的作用和目的进行猜想。学生复习的也不仅仅是这一道题的答案，掌握的是整个与实验室制取乙烯有关的知识内容，并对其保持深刻的印象。

3 总结

教学实践表明，在实验复习中恰当地应用NoBook虚拟实验室，弥补了在有限的实验复习时间内学生不能动手实践的不足，使实验复习理论结合实践，既帮助学生完成对实验知识的构建，也加深了学生对相关内容的理解，方便记忆，在一定程度上提升了学生的实验操作和探究技能。因此，师生要顺应时代发展，充分利用现代信息技术，将传统实验复习和化学虚拟实验软件有机整合，转变传统实验复习课模式，使得复习课堂煥发活力。■

参考文献

[1]刘丽君.化学复习课实验情境创设的思考与实践[J].中学化学教学参考，2020（14）：79-82.

[2]郭瑞春.让实验复习课鲜活起来[J].中学化学教学参考，2020（9）：55-56.

[3]李青.虚拟实验室在化学实验教学中的应用与创新[J].教书育人，2019（34）：45.