NOBOOK虚拟实验室在高中化学实验教学中的应用

吴燕

摘 要：本文针对NOBOOK虚拟实验室进行简要概述，以鲁科版高中化学必修一的“金属钠及其化合物的性质”一课为例，围绕教学内容、教学目标、教学方法与教学实施四个层面，探讨了利用NB化学实验室开展实验教学的具体实施策略，以期为高中化学实验教学的创新设计提供参考价值。

关键词：高中化学;实验教学;虚拟实验室

NOBOOK虚拟实验室（以下简称NB化学实验室）是一款专用于中小学实验教学的软件，由教师端、学生端和加试三部分组成。将其应用于化学实验教学中，能够有效突破以往教学在实验平台、空间与条件等方面存在的局限，为学生实验思维与动手操作能力的培养提供充足空间。

一、NOBOOK虚拟实验室的教学应用

（一）NOBOOK虚拟实验室界面

在NB化学实验模块的界面设计上，主要分为在线版、离线版两大模块，其下设有“精品资源”“我的实验”两个模块，其中“精品资源”涵盖经典实验的组合器材和实验药品，提供“新建实验”“编辑组合实验”两项选择;“我的实验”包含“自组实验”“新建实验”两种类型，学生登录“自组实验”可选择导入/导出、移动/复制、删除/分享、重命名四个选项，在“新建实验”模块之下可选择“反应器材、辅助器材”与“固、液、气药品”，并开展具体实验操作[1]。

（二）教学目标细化

基于新课程的三维目标进行教学目标的细化，可从以下三个维度入手：首先是知识与技能维度，要求学生掌握物质的组成、性质、原理等基础性化学知识，通过观察实验现象进行深入思考、提出问题，并完成实验方案的设计;利用虚拟软件根据自身设计的实验方案完成实验仪器、装置的选择，开展具体实验操作，并观察、记录实验现象，最终归纳推断出实验结论。其次是过程与方法维度，借助虚拟软件工具开展化学实验教学，能够为学生实验技能的培养与锻炼创设有利平台，在实验操作过程中培养学生的观察、分析、思考、探究与解决问题能力。最后是情感态度与价值观维度，通过引入虚拟实验平台能够激发学生对于化学的学习兴趣，在自主探究的过程中养成严谨科学的学习态度，促进学生学科核心素养与实践能力的全面提升[2]。

（三）教学活动流程

基于NB化学实验室进行教学活动流程设计，主要表现为：提出问题→猜想与假设→实验方案设计→虚拟实验操作→方案完善优化→展示评价→反思修正。在教学活动实施过程中，应坚持以学生为主体，通过自主探究、合作讨论等方式参与到学习过程中，由教师承担引导与监督职能，保证教学活动的顺利实施[3]。

二、高中化学虚拟实验教学设计——以“金属钠及其化合物的性质”为例

（一）教学内容分析

以鲁科版高中化学必修一“金属钠及其化合物的性质”一课为例，以往在高中化学课上教师较少开展钠及其氧化物的教学，一方面取决于钠块与氧化物体积较小，存在被遗漏的可能性;另一方面受其化学性质影响，易与水反应生成可燃性气体，带来安全隐患[4]。通过引入NB化学实验室进行实验情境的创设，能够使实验内容、现象与条件直观呈现在学生面前，增进学生对于实验原理及知识的理解，借助问题的提出培养学生的自主思考、探究实践与解决问题能力。针对本节课的教学内容进行分析，考虑到以往学生在学习Al、Fe、Cu等金属的化学性质时，主要围绕金属的活动性顺序、金属与氧气、金属与酸或盐溶液的反应展开，实际上通过观察金属活动性顺序表可知，诸如K、Ca、Na等活泼金属通常直接与酸溶液中的水发生化学反应，但学生较少了解到上述金属元素不与酸反应的原因。结合上述问题，拟将化学教学内容设计为钠的原子结构、氧化还原反应两部分内容，在引导学生复习回顾基础知识的同时，促使其立足于宏观、微观两个层面进行物质性质的解读。

（二）三维目标解构

1.知识与技能维度

在此维度的教学目的在于使学生掌握金属钠的物理性质及基本常识（如保存方法等），明确钠及其氧化物反应的基本原理及实验现象，并且能够利用NB化学实验室进行基础性实验操作。

2.过程与方法维度

要求学生采用观察法进行钠的物理性质研究，掌握虚拟实验的基本操作方法;立足于宏观、微观两个视角进行钠的化学性质的探究;能够利用NB化学实验室开展关于Na与H2O、Na与稀酸、Na2O2与H2O、Na2O2与CO2反应的化学实验，在此过程中观察实验现象、提出问题，培养学生的分析、推理与实验操作能力，激活学生的创造性思维;以小组为单位开展实验探究活动，通过合作与交流顺利完成实验操作。

3.情感态度与价值观维度

通过创设问题情境激发学生的好奇心与求知欲，引导学生认识到化学实验与生活现象间存在密切关联，培养学生的科学精神;依托NB化学实验室赋予学生新鲜的学习体验，既有助于激发学生对于化学实验的学习兴趣，同时也能够在实验操作过程中培养其树立科學严谨的实验态度，并且深化学生信息素养的培育;采用小组合作学习模式，学生经由交流观点、发现问题、产生认知冲突等环节，最终解决问题，深化对知识的理解，并且提高合作学习能力。

（三）教学方法选用

1.创设生活化情境

钠是一种化学性质活泼的金属，主要以煤油作为存储介质，学生在日常生活中难以看到以单质形式存在的钠，为使学生快速建立对于钠这种金属元素的认识，教师可选用“‘半仙’为骗钱，把钠扔进水里装作驱水鬼”的视频片段作为教学资源，借助生活中发生的典型事件完成教学情境的创设，引导学生建立对于钠元素的基本认识，并利用化学知识破除生活中存在的迷信现象，培养学生树立科学精神。

2.搭建知识衔接桥梁

通常学生经由初中阶段的化学学习后已经掌握关于金属物理性质、化学性质与活动性顺序的基础知识，初步建立对于钠化学性质活泼的印象，但普遍未能了解钠与酸反应置换出氢气的原因。对此教师可将Na与H2O的反应作为铺垫，逐步引出Na2O与H2O、Na2O与CO2、Na2O2与H2O、Na2O2与CO2等化学反应，为新旧知识间的衔接与过渡搭建桥梁，实现新知识的顺利导入。

3.小组合作探究法

将学生划分为若干小组，以小组合作的形式开展探究实验，由各小组借助NB化学实验室软件进行Na与H2O、Na与稀酸、Na2O2与H2O、Na2O2与CO2等化学实验的操作，使组内每一名成员均参与到实验活动中，在此过程中更加直观地观察到实验现象，通过组内成员的交流合作掌握实验现象产生的原因，借此引导学生深化对化学知识的理解与记忆，并且促进学生实验探究能力的动态发展。

（四）教学活动实施

1.创设情境，提出问题

在新课导入环节，教师可首先向学生提出“同学们在生活中有听过或见过‘水鬼’吗？”这一问题，借助带有神秘色彩的问题激发学生的好奇心，使其主动参与到话题讨论中，为后续话题的引出做好铺垫。随后教师可为学生播放“‘大仙’驱水鬼”的视频片段，视频中显示一个被众人尊称为“大仙”的人用手指向一盆水，众人纷纷看到水中有东西在快速以移动并发出声响。通过观看视频激发学生的认知冲突，使学生在明确“水鬼”的存在为迷信现象的同时，更加深入思考“水鬼”是什么的问题。接下来由教师揭示谜底，利用镊子从煤油中夹取一块钠，使学生观察钠的实物，提炼出钠的“银白色固体”“质软”“密度小于水”“密度大于煤油”“熔点低”等物理性质，并通过回顾以往学习过的铁、铜等金属元素化学性质的知识，初步建立对于金属性质研究方法与规律的认知，在温故的基础上为新知导入创设铺垫。

2.讲解演示，布置任务

通过温习旧知，学生均能够认识到物质的化学性质与其原子结构中最外层电子数量间存在一定关系，此时教师可出示钠的原子结构图，引导学生从微观视角认识到钠最外层电子数量为1个、不稳定，易因失去电子形成8个电子的稳定结构，这也是造成钠化学性质活泼的主要原因，通过上述思考过程促使学生的化学思维能力得到巩固与提升。随后教师可带领学生登录NB化学实验室软件，进入实验界面互在实验器材库中挑选实验仪器与药品，使学生通过观察教师的演示掌握基本操作方法，为后续自主开展实验探究活动做好准备。接下来教师可安排学生以小组合作的方式开展课堂实验活动，将学生划分为A、B、C、D、E、F共6个小组，其中A、B两小组均实施Na与H2O、Na与酸反应的化学实验，C、D两小组研究Na2O与H2O、Na2O与CO2的化学反应，E、F两小组做Na2O2与H2O、Na2O2与CO2的化学实验，完成实验任务的布置。

3.自主探究，生成结论

学生在合作小组内完成任务分工，在教师的引导下搜集资料、掌握教材中的实验步驟要求，明确实验操作所需使用的实验仪器与药品，通过组内讨论完成实验方案的设计，在此过程中促进学生科学思维的发展。随后由教师随机抽选小组成员演示实验设计与操作过程，由其他成员观察实验现象、了解实验流程、思考实验不足与问题，并为其评分、给出改进建议。例如某组成员抽中Na2O与H2O反应的实验，小组代表登录软件平台，在器材库中用鼠标点击脱脂棉放置在石棉网上，点击胶头滴管的胶帽吸取蒸馏水，将蒸馏水滴加在石棉网上的脱脂棉中，完成演示实验，并写出化学方程式Na2O+H2O=2NaOH。

4.小组评价，总结反思

在抽选组员进行演示操作的同时，其他同学负责观察实验操作过程与实验现象，提炼出实验方案设计的不足及问题，并给出评分和改进建议。例如该小组实验方案设计的不足之处在于Na2O与H2O的化学反应无明显实验现象，无法证明Na2O与H2O之间已经发生化学反应，并且也无法证明生成的物质是NaOH。对此提出改进建议，可先选取少量Na2O放入小烧杯中，向烧杯中注入适量蒸馏水、滴加2滴酚酞试剂，随后观察溶液的颜色额变化，倘若发现烧杯中的溶液转变为红色，则说明Na2O与H2O发生化学反应，生成NaOH碱性溶液，从而利用教学反馈进一步促进学生思维能力与实践操作能力的提升。

结束语

将NB化学实验室应用于化学实验教学中，使传统课堂教学由教师主导转变为以学生为中心，促使学生的自主学习与探究能力得到有效锻炼，也为学生实验思维的发展提供充足空间。对此教师还应在学生开展实验探究的过程中做好指导与监督，从中渗透三维目标，为学生化学核心素养的提升创设良好基础。

参考文献

[1]张雄、王莉.浅谈虚拟仿真实验在基础化学实验教学中的利与弊[J].山东化工，2020，（01）：178+180.

[2]胡东海.浅探高中化学实验教学的问题与思考[J].东西南北：教育，2020，（09）：0110.

[3]赵燕.实验教学法在高中化学教学中的运用[J].散文百家·国学教育，2019，（02）：275.

[4]王楠、吴晓红.NB虚拟仿真软件在中学化学实验教学中的应用研究[J].教育与装备研究，2020，（05）：75-78.