关于教学设计基于虚拟实验化学实验教学设计设计

论文导读：
摘要：化学实验是学生获取知识和培养观察力及实验能力的重要途径，由于真实实验在成本、安全性等方面的局限性使得一些实验无法有效开展，因而虚拟实验就成了化学实验中非常重要的辅助教学方式。以“镁带燃烧”为例给出了具体的虚拟实验教学设计，旨在为化学虚拟实验的有效进行提供重要保障。
关键词：虚拟实验；化学实验；教学设计
16727800（2013）007017403
0 引言
化学是一门以实验为基础的自然学科，实验是学生获取化学经验知识和检验化学知识的重要手段，是培养学生化学实验能力的重要途径。由于真实实验受成本、安全性、有些实验现象不易观察等方面的限制使得一些实验无法有效开展，尤其是含有品和易燃易爆的危险实验难以让每个学生都动手操作。而虚拟实验不仅成本低、能模拟危险性实验、能让学生更加清楚地观察在真实实验中不易观察到的实验现象，而且方便灵活，能满足学生随时随地自主学习和复习。因此，应充分发挥虚拟实验的优势最大程度地提高学生的实验能力。
1 教学设计思想
“以实验为基础”是化学教学的最基本特征，通过化学实验教学策略设计，明确实验教学的形式、手段和方法，把化学教学重点放在学生需要学习的知识和技能上。因此，化学实验教学设计是化学教学设计中最重要的内容之一。
“镁带燃烧”是最基本的金属与氧气燃烧的实验之一，由于实验受到成本、安全性等条件的约束，很难让每个学生都动手做实验，因此结合VCE（Virtual Chemical Experiment）网站提供的资源，使用虚拟实验进行教学。学生通过访问VCE网站，先预习实验，阅读实验说明并谨记注意事项；然后观看“实验演示”中的真实实验视频，获取真实的实验体验；最后进入“实验操作”模块，通过鼠标交互、文本交互等方式操作虚拟实验。包括选择实验仪器、药品、组装仪器、进行分步实验、观察并填写实验现象、书写化学方程式、填写实验报告、进入论坛发帖等。具体的虚拟实验教学设计如图1所示。
2 教学目标
知识与技能：了解镁带燃烧的原理，能够写出镁带与氧气反应的化学方程式；能准确全面地描述镁带的物理性质；明确镁带燃烧后产物的化学性质及物理性质；掌握实验装置拆卸的程序及实验中的注意事项。
过程与方法：在教师的引导下，学生能够自主提出问题，设计解决问题的方案，探究解决问题，最后得出结论；能够在VCE实验论坛中发表自己的观点，和同学共同探讨镁带燃烧实验的知识点与注意事项；通过实验观察与分析， 提高学生用科学方法分析问题的能力。
情感态度价值观：培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和良好的实验习惯；体验观察实验现象的重要性；保持对化学实验的浓厚兴趣，从而激发学生学习化学的自觉性和积极性。
3 教学流程
在教学过程设计上，遵循学生的认知规律，由易到难，循序渐进。从学生进入VCE网站预习新课开始，再通过创设情境，提出问题；导拨释疑，探究新知；操作虚拟实验，强化新知；完善实验报告，教师批阅；自我测试，及时反馈；在线论坛，讨论交流；联系生活实际，拓展深化等教学环节，全面展开教学内容。

3.1 了解VCE网站，预习实验

教师首先应指导学生熟悉VCE系统的使用方法，如怎样进入虚拟实验系统，如何操作虚拟实验，如何填写实验报告，如何根据虚拟实验中提供的反馈改进自己的学习，如何使用VCE网站提供的资源等。学生进行实验预习，了解实验的原理、现象、仪器的使用等，有助于实验教学的进行以及学生对实验内容的理解。

3.2 创设情境，提出问题

让学生先回忆“蜡烛在空气中燃烧”、“铁丝在氧气中的燃烧”等实验的实验原理和现象，然后教师在黑板上写出思考问题（如图2所示），让学生带着疑问和周围的同学进行交流。这样既为学生创设了探索问题的情境，激发了学生学习的兴趣，又巩固了“燃烧”的相关知识，让学生在轻松愉快氛围里自然而然地进入到新课的学习中。

3.3 导拨释疑，探究新知

[教师]：先让学生利用已有的科学知识和经验做预测，大胆猜想镁带和其它物质燃烧的现象，并借助多媒体提供若干个燃烧现象的画面，如发出耀眼的白光、发出的强烈刺眼的光等，然后提问镁带燃烧可能会出现什么现象？
[设计意图]：利用幻灯片、投影实验在教学过程中具有真实性、直观性、高效性的特点，可辅助化学实验；通过计算机论文导读：有一定依据，不能凭空想象，真正做到科学探究。第三步：点燃酒精灯，观察酒精灯火焰的颜色，思考系统提出的问题“酒精灯燃烧后的火焰有几层，并且每层的颜色为何不同？”在文本框中输入答案，如果回答错误，系统给予提示，回答正确则进入下一步。第四步：学生观察实验现象，了解燃烧灰烬的物理性质，思考“这个实验中最重要的一个
课件生动逼真的动态图像，全面演示化学实验或创设实验情景。利用单个实物、模型、图表、教学录像片和多媒体课件为学生学习化学新知识提供丰富的感性材料，这样有利于认识过程的飞跃转化，适合青年学生的心理特征，进而促进学生观察力、思维力和想象力的发展。
[教师]：为了让大家能够观看到镁带燃烧现象及操作过程，教师引导学生通过VCE虚拟实验平台一起学习，并解决相关问题。教师打开VCE网站，登录教师系统，并指导学生登陆学生系统（如图3所示），打开真实实验视频源于：论文摘要范文www.7ctime.com
。
[学生]：登录自己的，进入学习界面，打开“实验准备”一栏，点击 “镁带燃烧” 中的“实验演示”视频。如图4所示。
[教师]：实验中应该提醒学生观察镁带是先受热软化后燃烧，只有软化的部分才能燃烧。
[设计意图]：信息技术与课程整合的创新教学模式，改变了学生对传统教学的看法，能够充分利用学生的感官功能，激发学生对化学学习的兴趣。
[教师]：看完了“镁带燃烧”这个实验的演示视频后，教师引导学生一起解决黑板上的问题，并试着写出镁带燃烧的化学方程式。
[学生]：回忆刚才看过的演示实验，并结合自己的预习笔记，与周围的同学进行交流，依次回答相应问题。
[教师]：根据学生的回答进行讲解和总结，并进一步强调和提出问题如下： （1）镁带的物理性质有：银白色固体金属、硬度较大、具有展性、无磁性。
（2）镁带的产物是白色粉末状物质，请同学们思考一下这个物质是什么，它有什么化学性质？
（3）镁带燃烧过程中发出耀眼的强光，火星四溅，生成白色粉末状物质。还有没有其它的实验现象呢？
（4）镁带燃烧的化学方程式为2Mg+O2点火器2MgO。
（5）关于镁带燃烧的实验仪器及操作的注意事项，同学们回答得不够全面，现在通过操作虚拟实验来学习镁带燃烧的真实原理和化学性质等相关知识。

3.4 操作虚拟实验，强化新知

VCE系统中学生进行的选择、拖动等操作及输入的文本答案，系统都能同步记录到实验报告中，供教师批改指导。
[学生]：带着疑问，打开镁带燃烧的界面，并进入虚拟实验中。源于：论文www.7ctime.com
打开仪器选择界面（如图5），看到几种不同的仪器，思考镁带燃烧需要哪些仪器。学生选择相应的仪器，点击提交按钮，如果没有选对，系统给学生3次机会，并录入数据库，记录实验过程。
[教师]：让学生自主完成，教师观察并记录学生选择实验仪器的情况。
[学生]：学生按照提示进入实验操作。
第一步：取镁带4～5cm。
第二步：擦拭镁带，仔细观察镁带在用砂纸擦拭前后颜色有什么变化。
[学生]：思考VCE系统提出的问题：镁带为何要擦拭？镁带表面出现的灰暗色物质的主要成分是什么？
[教师]：镁带表面出现的灰暗色物质的来源是什么？ 让学生提出两个预测，并设计一个或几个实验来证明预测的正确性。
[提示]：学生在面对这类题目时，经常会瞎想、乱猜，不着边际。教师应强调：猜想要有一定依据，不能凭空想象，真正做到科学探究。
第三步：点燃酒精灯，观察酒精灯火焰的颜色，思考系统提出的问题“酒精灯燃烧后的火焰有几层，并且每层的颜色为何不同？”在文本框中输入答案，如果回答错误，系统给予提示，回答正确则进入下一步。
第四步：学生观察实验现象，了解燃烧灰烬的物理性质，思考“这个实验中最重要的一个仪器是什么？” 然后在文本框中输入答案“坩埚钳”。
第五步：熄灭酒精灯。
第六步：写出化学方程式2Mg+O2点燃2MgO。

3.5 完善实验报告，教师批阅

[学生]：学生打开“镁带燃烧”实验报告（图6），仔细阅读已经生成的实验报告，并完善“注意事项”等主观题。
[教师] ：打开实验报告数据库进行批阅（图7），并对实验报告中所反应出来的问题进行讲解指导。

3.6 自我测试，及时反馈

论文导读：从师道尊严的神坛上走下来，学会以朋友的身份与学生交流，把自己看作是学习活动的组织者，学生学习的帮助者、能主动与学生交换思想，引起学生间的讨论，让学生在平等的学习氛围中各抒己见，发表自己的见解，展现自己的思想，使学生有了表现自我的空间和时间，激发了学生学习的兴趣和，学生在学习中遇到的问题能及时得到解决，
本网站还提供了虚拟实验的在线考试套题，在规定的时间范围内完成试题，提交后显示成绩，以方便学生检测自己对相关知识的掌握情况。学生进入VCE系统的“在线考试”一栏，完成测试题（图8）。

3.7 在线论坛，讨论交流

[教师]：在学生观看了实验演示视频，通过VCE平台进行虚拟实验，并填写了实验报告后，引导学生一起进入“在线论坛”，鼓励学生自由发表观点或者问题，并进行交流，最后选出精华帖。
[学生]：进入在线论坛界面，进行讨论交流 （图9）。
在线论坛为教师和学生、学生和学生之间的交流提供了平台，教师从师道尊严的神坛上走下来，学会以朋友的身份与学生交流，把自己看作是学习活动的组织者，学生学习的帮助者、能主动与学生交换思想，引起学生间的讨论 ，让学生在平等的学习氛围中各抒己见，发表自己的见解，展现自己的思想，使学生有了表现自我的空间和时间，激发了学生学习的兴趣和，学生在学习中遇到的问题能及时得到解决，学习能力也不断得到提高。

3.8 联系生活实际，拓展深化

化学源于生活，服务于社会，应联系生活实际学好化学。VCE系统有“实验拓展”模块，让学生学习“镁在水中的燃烧”和“镁在二氧化碳中的燃烧”，并了解金属镁及氧化镁在航天材料、化工产品及建筑业等方面的用途。学生还可以在网上查找更多的资料，然后对镁及氧化镁的其它用途进行讨论交流。
4 结语
本节课的教学目标一是了解常见仪器的用途和注意事项，这个环节穿插在学生操作实验及完成实验报告的过程中，使学生掌握相关的知识点；二是了解镁带的物理性质和化学性质，了解镁带燃烧的原理和实验现象。在这个环节学生不仅做实验，而且填完实验报告后在平台上还进行在线讨论，系统评定出相应的等级，鼓励学生积极地参加实验讨论，锻炼学生的交流能力。本节课以问题为线索，在整个教学过程中，以学生的自主探究为主，教师担任引导者、辅导员和组织者，体现了现代教学理论，即以“学生为主体，教师为主导”。
尽管虚拟实验脱离了真实的实验环境，但是虚拟实验经济又安全，并且能让学生很方便地进行实验预习、复习。虚拟实验人机交互能让每一个学生进行实验操作且实验次数不限，容易实现相同条件下的重复。当然，虚拟实验是实验教学的辅助手段，决不能取代实际实验操作而忽视对学生动手能力的培养。因此，应充分发挥虚拟实验的优势让其辅助真实实验以提高学生的综合实验能力。
参考文献：
钱文.议中职化学实验教学设计[J].科技风，2010（11）.
丁华英.初中化学实验教学设计的探究与实践[J].科技创新导报，2009（12）.
（责任编辑：孙 娟）