2016年六安金安区事业单位医疗招聘：虚拟仿真实验室
虚拟仿真实验室在高中化学课堂中的应用研究
雷江椒兰桃
（汉中龙岗学校）
[摘要]：“宏-微-符号”是化学学习的三重表征形式，由于化学实验教学方式单一，学生往往难以在三种表征之间自由转换。虚拟仿真实验室的出现为实验教学的发展提供了更多的途径。本文以“中和热的测定实验”为例，在虚拟实验室的技术支持下进行应用探索。结果表明对虚拟仿真实验的认识和体会，虚拟模拟实验室不仅激发了学生的实验热情，还帮助学生构建了三种具有代表性的化学形式。同时为今后化学实验的开展提供教学参考。
[关键词]: 实验教学虚拟实验室三重表征中和热测定
化学实验是化学教育的重要组成部分，也是培养学生思维能力和创新精神的重要抓手。在传统的实验教学中，教师往往通过在黑板上播放实验视频或“写实验画实验”的方式进行实验教学。学生难以参与实验，不仅违背了“以学生为本”的教育理念，也不利于学生化学素养的培养。2019年，教育部印发《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，其中明确指出，加强和改进中小学实验教学，对于弘扬教育思想，提高教育教学质量，促进学生德、智、体、美、劳、实现中华民族。中国的伟大复兴具有重要的现实意义和战略意义[1]。虚拟模拟实验室的出现为化学实验与信息技术的融合提供了二次动能。因此，化学教师应积极转变教育观念，创新实验教学方法。智、体、美、劳，成就中华。中国的伟大复兴具有重要的现实意义和战略意义[1]。虚拟模拟实验室的出现为化学实验与信息技术的融合提供了二次动能。因此，化学教师应积极转变教育观念，创新实验教学方法。智、体、美、劳，成就中华。中国的伟大复兴具有重要的现实意义和战略意义[1]。虚拟模拟实验室的出现为化学实验与信息技术的融合提供了二次动能。因此，化学教师应积极转变教育观念，创新实验教学方法。
一。虚拟仿真实验室
联合国教科文组织 ( ) 采用了被广泛接受的虚拟实验室 ( ) 定义：一个电子工作室，通过分布式信息和通信技术生产和发布结果，以实现远程协作、实验研究或其他创新活动 [2]。化学虚拟模拟实验室利用虚拟现实技术将化学实验教具虚拟化、电子化，通过逼真的实验现象和声音，为师生提供一个自由探索的虚拟空间。
1.模拟性强，激发学生实验兴趣
建构主义理论的核心内容可以概括为：通过创设教学情境，学生可以主动探索知识，主动建构知识的意义。虚拟仿真实验室依托虚拟现实、人机交互等技术，构建具有逼真声音和现象的化学实验场景。教师和学生可以一起参与化学实验过程，不仅激发了学生的探索精神，也有助于提高教师的信息素养。同时，对于实验室条件无法满足的化学实验项目，如实验成本高的实验、对环境造成严重污染的实验，
2.高安全性，保障师生人身安全
化学是一门以实验为基础的自然科学。实验化教学设计不仅有利于加强高中化学实验教学，也有利于促进化学学科的发展。在现行的实验教学体系下，高中化学教师不仅要给学生传授理论知识，还要承担化学实验教学的任务，教学压力大。同时，高中生正处于充满好奇、渴望探索的青春期。化学实验的发展需要以师生安全为前提。因此，对于高风险的化学实验和虚拟模拟实验室，可以作为教学工具。
3.可重复运行，对环境零污染
在化学实验过程中，需要妥善处理实验废弃物。由于高中生化学素养不高，存在随意倾倒化学实验试剂、随意丢弃固体废物等现象，造成环境污染。同时，一些需要现用试剂的实验，一旦学生操作不当，将无法在有限的时间内进行第二次实验，容易挫伤学生的实验热情，不利于对学生知识的主动建构。在虚拟仿真实验室中，当学生操作错误时，实验软件可以回到上一步。在为学生提供试错的同时，
二。虚拟模拟实验室在中和热测定实验中的探索
1.化学学习的“三重表示”形式
化学作为研究物质的组成、结构、性质和变化规律的学科[4]，不仅研究物质的宏观现象，而且分析物质的微观结构和性质。因此，在化学中，学生在心理上形成了物质的三种表征形式：宏观表征、微观表征和符号表征[5]。学生学习化学的本质是构建化学的三种表征形式，并能够在三种表征形式之间灵活转换[6]。宏观表征主要是指学习者头脑中形成的物质的外在可观察的现象，可以认为是物质在化学实验中表现出的可量化的宏观现象；微观表征主要是指结构组成、相互作用、反应机理等微观性质在学习者头脑中的反映；符号表示主要是指用拉丁文、英文字母和图形在学习者头脑中的反映。其中，符号表征是宏观表征与微观表征之间的桥梁，微观表征是理解符号表征的催化剂。学生在化学学习中往往难以从微观层面理解化学符号的含义。化学教师如果能利用虚拟模拟实验室等现代教育设备，在相关教育理论的指导下，科学合理地教学，
2.教学案例
（1）教学内容：中和热测定实验
（2）教学目标：①掌握中和热的测量原理
②了解实验操作步骤，提高实验操作能力
③ 培养学生的宏观识别和微观分析能力
（3）教学要点：①教学要点：中和热测定步骤
②教学难点：中和热的确定原理
(4）教具：红河一体机、虚拟实验室软件
(5）教学过程
教学链接
教师活动
学生活动
设计计划
教程
请学生观察下列热化学方程式
HCl(aq)+NaOH(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH= -57.3 KJ/mol。
我们如何判断反应是放热的？如何获取反应热度数据？
(1)通过触摸反应容器或测量溶液温度
(2)根据热量Q=cmΔt的计算公式
开设新课程，激发学生探究意识
教授实验原理，指导学生设计实验程序
(1）Q=cmΔt
问：中和反应放出的热量
m：反应混合物的质量
c：表示比热容4.18J/(g•℃)，
Δt：反应混合物的温差
(2）我们可以变形计算公式。
Q=c×(ρ酸V酸+ρ碱V碱)×(t结束-t开始)
订购：V酸=V碱=50mL；
ρ酸=ρ碱=1g/cm3
分别取C酸=0.50mol/L,50ml
碱基C=0.55mol/L, 50ml
实验。
因此 Q =0.418×(t 的结尾—t 的开头) KJ
虚拟实验室界面为您提供了我们需要的实验仪器。
（3）实验仪器：大烧杯、小烧杯（2）、量筒（2）、温度计（2）环形玻璃搅拌棒、0.50mol/L盐酸、0.55mol /L 氢氧化钠、蒸馏水、泡沫和绝缘纸板（中心有两个小孔）。
请学生根据中和热的计算方法和界面中的实验仪器对虚拟仿真实验的认识和体会，初步设计实验步骤。
听知识。
小组讨论，初步设计实验步骤，过程中教师巡视指导
培养学生的创新思维能力
解释实验步骤
(1）用50ml量筒量取50mL 0.50mol/L盐酸，用温度计测盐酸温度，记录t1值。
(2）另取50ml量筒量取50mL0.55mol/L氢氧化钠溶液，用温度计测量氢氧化钠溶液的温度，记录t2值。
(3）将两者同时倒入具有保温作用的小烧杯中，用环形玻璃棒轻轻搅拌，准确读出混合溶液的最高温度，记为t3。
(4）重复测试两次，以测量的平均值作为计算依据。
在实验过程中我们应该采取哪些预防措施？
[思考]
（1）在测量氢氧化钠溶液的质量之前，温度计上的酸溶液应该用蒸馏水冲洗干净，冲洗过的溶液不能倒入小烧杯中，因为它会引起质量的变化。解决方案。
（2）酸碱混合时，应一次性倒出，并迅速倒出，以免热量散失
（3）在搅拌过程中，减速以防止测温不准。
与学生设计的程序互动，以加强对实验的理解
学生在虚拟仿真实验室软件中工作
以小组为单位，将实验分成三组。
t1/℃
t2/℃
t3/℃
1
25.0
25.1
28.3
2
25.0
25.0
28.2
3
25.1
25.1
28.3
培养学生实验操作能力，完成知识的主动建构
观察实验过程中微观粒子的运动状态
并谈谈中和热的概念
（1）请根据中和反应微观粒子的运动状态来思考中和反应的本质？
(2）中和热量
在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应，产生1mol液态水，此时的反应热称为中和热。其热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)
ΔH= -57.3KJ/mol
计算方法
ΔH= -Q/n(H2O) KJ/mol
请用实验数据和计算公式计算中和热值。
本质是：
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)
t1/℃
t2/℃
t3/℃
1
25.0
25.1
28.3
2
25.0
25.0
28.2
3
25.1
25.1
28.3
t开头=(t1+t2)/2
t=t3 结束
n(H2O)=0.
ΔH=-53.8KJ/mol
培养学生对宏观现象进行微观分析的能力
实验探究
(1）实验中为什么是C酸和C碱？
(2）为什么计算出来的值小于57.3
确保酸充分反应以计算产水物质的量
实验过程中保温效果差，反应容器等吸收了部分热量
提高学生的分析和解决问题的能力
归纳总结
实验过程中，需要快速记录最高温度，一般需要进行3次实验。将平均值代入公式进行计算。
家庭作业
请课后参考相关资料分析影响中和量热数据的相关因素？并结合生活实例，分析中和热在我们社会生产生活中的应用。
三。反思与展望
伽利略说，“科学的真理不应该在古代圣徒尘封的书籍中找到，而应该在实验和基于实验的理论中找到。” 笔者认为，在高中化学实验教学中，要充分体现以学生为中心的教育思想，只有学生参与的实验才是真正有效的。本课的成功之处在于学生在虚拟实验室软件的支持下，自主设计实验步骤、获取实验数据、处理数据并得出结论，体现了科学探究的过程。同时，在实验中，学生从宏观现象入手，再到微观分析过程，最后用符号来表示，形成一个闭环。缺点体现在：课时有限，没有深入探索；教学硬件差，探索过程分组进行；由于学生第一次使用，熟练度不好。
虚拟模拟实验室在高中化学实验课堂中的应用可以有效弥补传统实验的不足。应通过具体的教学设计应用先进的教育理论。虚拟仿真实验室与教学设计的有机结合，可以充分发挥信息技术的优势，使教学过程更加生动有趣。从而提高学生的实验操作能力，促进学生思维发展。
参考
[1] 刘强. 中小学实验教学新跟进——《关于加强和改进中小学实验教学的意见》解读[J]. 人民教育，2020(01):33-35.
[2]。各不相同。的上。和 。巴黎：, 2000.3-5
[3] 曾鲁丹. 高中化学虚拟实验教学设计与实践研究[D]. 贵州：贵州师范大学，2016.
[4] 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学系。无机化学[M]．北京：高等教育出版社，2002：3.
[5] 黄洁. “宏-微-符号”三元表示化学学习研究[D]. 山东师范大学, 2005.13
[6]毕华林，黄杰，杰英丽。化学学习中“宏-微-符号”的三元表示研究[J]. 化学教育，2005(5):51-54