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實驗教學是中學重要的教學內(nèi)容和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要手段,尤其是中學物理、化學、生物學科教學中的一個重要環(huán)節(jié),具有輔助學生學習知識和掌握技能,發(fā)展學生興趣和科學探究精神的功能。然而,目前在學校現(xiàn)有實驗室條件下,由于實驗室數(shù)量不足,實驗資源不均衡以及極端環(huán)境無法完成實驗操作等原因,不能滿足多班級同時完成實驗教學進度,難以滿足實際教學需要和學生的需求。

近年,在公共衛(wèi)生等突發(fā)事件發(fā)生或疫情防控常態(tài)化,學生居家學習,線上學習,線上線下融合學習等背景下,學生不易直接接觸實驗器材。NOBOOK虛擬實驗可以滿足實驗資源不均衡,極端環(huán)境要求,特殊時期及疫情防控教學常態(tài)化的需求。

近日,在人民大學附屬中學初三年級,丁曉新老師使用NOBOOK化學虛擬實驗帶著學生進行了一節(jié)生動、高效的《金屬資源的利用和防護》化學課。

課程開始,丁老師帶領(lǐng)學生回顧本單元前兩課題的知識內(nèi)容,并由學生例舉生活中的金屬物品。由生活中的不銹鋼制品引導得出合金從物質(zhì)的分類角度為混合物,并進一步提問,得出合金是金屬單質(zhì)混合物。從金屬單質(zhì)的概念出發(fā),過渡到地球上自然界中金屬資源的存在形式。除少數(shù)很不活潑的金屬如金、銀等由單質(zhì)形式存在外,其余都以化合物的形式存在。向?qū)W生展示常見的金屬礦石的實物圖片,以及金屬元素在地殼中的含量表格,提出人類每年數(shù)以億噸的金屬提取需求。其中,提取量最大的是鐵。
向?qū)W生展示兩幅圖片,我國古代煉鐵圖與現(xiàn)代煉鐵圖。引導學生分析古、今煉鐵工藝圖,從關(guān)注煉鐵過程中物質(zhì)的變化角度初步得出煉鐵過程相關(guān)的反應(yīng)物、生成物與反應(yīng)條件。
進行活動一,思考:以赤鐵礦為例,煉鐵的化學反應(yīng)原理是什么?
丁老師引導學生對于反應(yīng)物選擇進行思考,比較并辨析還原劑選擇CO的原因。從還原反應(yīng)角度,引導學生對于產(chǎn)物的判斷。明確反應(yīng)條件為高溫。
學生1分鐘自主進行化學方程式的配平,由1名學生上講臺完成配平。
利用POE教學策略,從反應(yīng)原理的角度引導學生進行實驗現(xiàn)象的預測,并由學生利用虛擬實驗進行實驗操作并觀察現(xiàn)象。
一氧化碳還原氧化鐵實驗由于反應(yīng)物一氧化碳有毒,且不易制得。若實驗操作不當會出現(xiàn)爆炸等安全問題。由于實驗存在安全隱患,該實驗在一線教學中不會進行真實實驗演示或操作。傳統(tǒng)教學過程中,教師往往通過視頻實驗或課件實驗代替,甚至部分老師通過圖片實驗進行講解。對于學生,只能被動通過教師的語言描述對實驗的過程與現(xiàn)象進行想象,更錯失了動手實驗帶來的思考機會。脫離了化學實驗的學生活動缺乏學生的獨立思考體驗,脫離了義務(wù)教育階段化學課程需要的啟蒙性和基礎(chǔ)性。圖片式、視頻式實驗教學無法讓學生動腦思考暢所欲言,只會讓整個課堂鴉雀無聲一片死寂。單一枯燥的教學方式,無法讓學生通過體驗感受到化學的魅力和實驗探究的樂趣。缺少實驗試錯的機會,無法讓學生設(shè)身處地的思考化學對人類科技發(fā)展和生活帶來的改變與影響,無法感受到學習化學的重要意義,只會片面看到學習化學的困難,丟失學習化學的動力。

學生自主進行虛擬實驗操作時,可以看到學生們對于虛擬實驗軟件的使用上手很快,通過簡單的演示后就能迅速掌握虛擬實驗的基本操作。在操作過程中,學生對于實驗操作的規(guī)范意識較強,向試管中加入液體藥品時,有很規(guī)范的傾斜試管的動作。對于實驗過程中出現(xiàn)的錯誤操作導致的異常實驗現(xiàn)象如爆炸、倒吸等,學生間產(chǎn)生了積極的討論與分享。操作過程中學生也頻頻贊嘆虛擬實驗的精美,比如學生們沒見過的酒精噴燈,栩栩如生的酒精燈的火焰。在交流與討論后,各組同學都成功完成該實驗。

整個過程學生們都在積極活躍地思考問題,交流方案。
學生實驗結(jié)束后,由學生描述實驗過程中遇到的問題,丁老師通過大屏上的虛擬實驗軟件進行操作復現(xiàn),并引導學生分析原因。對于爆炸這一現(xiàn)象,總結(jié)正確的操作步驟為先通入一氧化碳再點燃酒精噴燈,目的是排盡裝置中的空氣防止爆炸。對于倒吸這一現(xiàn)象,總結(jié)正確的操作步驟為先撤酒精噴燈,冷卻至室溫后再停止通CO,目的是放置石灰水倒吸,炸裂玻璃管。并在最后向?qū)W生強調(diào)CO作為尾氣的處理方案。
理清正確的實驗步驟后,丁老師帶著學生操作一遍正確完整的實驗過程,并觀察實驗現(xiàn)象。

錯誤操作——爆炸

正確操作

錯誤操作——倒吸

正確操作
由虛擬實驗向工業(yè)高爐煉鐵過渡,提供高爐煉鐵動畫視頻,了解工業(yè)煉鐵的過程。
通過引導提問,總結(jié)提煉高爐煉鐵相關(guān)知識點。如高爐煉鐵的高溫是如何實現(xiàn)的,熱空氣的作用等。通過高爐煉鐵的刨面圖,完善高爐煉鐵過程中石灰石的相關(guān)性質(zhì)。
丁曉新老師的這堂化學課給我們做了一個很好的示范,構(gòu)建出生命化的化學課堂。教學活動的設(shè)計與開展很有效地突出教學重點和突破難點。課程內(nèi)容的編排體現(xiàn)了“從生活走進化學,從化學走向社會”的理念,將教授的知識與學生生活實際密切聯(lián)系,體現(xiàn)了生命的社會性、實踐性和體驗性。通過虛擬實驗、圖片素材、視頻素材等為學生在課堂學習中自由成長與發(fā)展創(chuàng)造了條件,尊重學生的個性與思考,引導和啟發(fā)學生自主學習、自由成長,讓學生在生動、有趣的學習活動中收獲滿滿。變被動為主動,讓學生在討論與交流中獲得知識、習得方法,在體驗和感悟中提升能力,令學生對于化學學習意猶未盡。
感謝丁老師應(yīng)用虛擬實驗在化學教學中的探索和嘗試,期待后續(xù)更多更精彩的化學課堂。
虛擬實驗完整視頻

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