NOBOOK虚拟实验在小学科学教学中的应用

    徐国华

    

    

    

    摘 要：虚拟实验室是基于虚拟现实技术而建立的虚拟实验空间，它作为传统实物实验的辅助工具对实验教学发挥着重要作用。“NOBOOK虚拟实验室”是近年兴起的虚拟实验教学平台，本文以“溶解的快与慢”这一节为例，利用NOBOOK虚拟实验室进行教学设计，让学生体验虚拟实验的过程，克服传统课堂实验教学上的局限，为实验教学改革提供了一种新思路。

    关键词：NOBOOK; 虚拟仿真; 实验教学; 教学改革

    中图分类号：G623.8? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ?文章编号：1006-3315（2020）12-053-002

    一、前言

    在教育信息化的背景下，利用虚拟仿真技术拓展实验教学内容的广度和深度，延伸实验教学的时间和空间，提升实验教学的质量和水平，是教育信息化的一个重要方向。2014年由北京乐步教育科技有限公司研发的“NOBOOK虚拟实验室”系统是一款包含物理、化学、生物和小学科学的虚拟仿真实验教学软件[1]。它是目前较为先进的一款虚拟仿真实验软件。例如在小学科学虚拟实验中包含物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域、技术与工程领域中的实验，因其栩栩如生的画面感而备受好评。而且“NOBOOK虚拟仿真实验”软件可实时更改实验数据以获得不同的实验结果，并依托Flash交互技术，加入多维动画，仿真性较高，在课堂上的互动效果较好，课后学生也可利用软件复习所学知识[2]。

    NOBOOK虚拟实验室具有以下特点：一、虚拟实验突破了空间的约束。虚拟实验不局限于现有空间，它可以让学生进入宏观与微观的世界，突破了所谓的常规空间的约束。比如模拟月球登陆实验，学生可以利用键盘和鼠标，控制登月飞行器的降落和起飞，挑战不同地点的安全着陆，学生可以感受到月球上引力和重力的大小。学生仿佛身临其境一般;二、虚拟实验超越了时间的限制。虚拟实验可以突破常规的时间限制，在极短的时间内，向学生呈现几百年甚至几千年的实验现象。比如岩石的风化是一个漫长的过程。通过虚拟实验可以清楚地了解温度、流水、动植物对岩石的影响。而课堂上的实验由于时间限制效果并不明显;三、高安全性，降低实验风险。虚拟实验可以降低实验风险避免传统实验中发生的触电、起火、爆炸等危险现象，特别是一些关于电学的实验，具有一定的危险性。虚拟实验可以提高实验的安全性，减小实验中对学生造成的不确定伤害;四、随时随地使用虚拟实验可以满足学生在课堂或课下随时随地使用的需求，不受传统实验时间与场地的限制。只要有一台电脑和相关的软件程序，我们就可以开展实验。

    二、教材内容分析

    《溶解的快与慢》是教育科学出版社小学科学教材四年级上册溶解单元的第5课，本课在本单元中起承上启下的作用，是基于前一节《不同物质在水中的溶解能力》的基础上来研究探索“溶解的快慢”，引导学生运用对比实验的方法，探究影响物质溶解速度的主要因素，让学生自主经历“问题——假设——验证——证实”的科学探究活动过程，为后面《100毫升水里能溶解多少克食盐》等探究活动作好充分的知识准备。

    三、学情分析

    第一，知识状况。在学习本节课之前，学生已经学习了不同物质在水中的溶解能力的相关知识，但是影响溶解快慢的原因，还不是很明确。第二，能力状况。这一阶段的学生观察能力较强，科学探究能力正在进一步发展。第三，心理状况。四年级学生思维活跃，求知欲和好奇心强，通过NOBOOK虚拟实验，引导学生观察方糖溶解的快慢，提高学生学习科学的兴趣，提升学生的科学素养。

    四、教学目标

    1.知识与技能

    知道可溶性固体物质在水中溶解的快慢与物体颗粒的大小、水的温度以及混合溶液是否被搅动等因素有关。

    2.过程与方法

    能开展控制单个变量进行对比的实验，经历并学会“问题——假设——验证——证实”这一科学探究过程。

    3.情感态度价值观

    能够与同学进行合作探究活动，在活动中愿意交流与合作;能将对比实验这种科学的方法运用到解决同类科学问题的研究当中去。

    五、教学策略与方法

    受实验材料等原因的限制，传统实验教学以老师“讲课本，读实验”或用动画展示为主，实验课堂没有活力，学生只是被动地获取知识，学习积极性不高。因此，本节教学设计，以NOBOOK虚拟实验平台为依托，重新编排教学设计，以期能够克服传统的实验教学实验材料不足、效果不明显等问题。学生利用NOBOOK虚拟实验平台进行实验，推理实验现象，归纳概括实验结果，体验科学探究的过程。

    六、教学过程组织

    1.创设情境，引入探索

    （1）师：老师倒了一杯冷的纯净水，放入一勺食盐，但是食盐沉在杯底，溶解的很慢，请大家帮老师想想办法，怎样可以加快老师杯中食盐的溶解？

    （2）生1：（把冷水换成热水）;生2：（用筷子搅拌）;生3：（把凉水换成热水再搅拌……）

    （3）教师板书：搅拌、加热（热水）、把凉水换成热水再搅拌……

    （4）师：同学们想出了这么多办法，真是令老师佩服，是不是你们的这些办法真的有效呢？这节课我们就来研究这个问题：溶解的快与慢。（板书课题）

    2.實验验证，明白影响物质溶解快慢的因素

    引导学生打开NOBOOK虚拟实验软件，进入“溶解的快与慢”这一实验。

    （1）验证加热能够加快溶解。

    如图1所示，用鼠标点击开始实验，进行实验。如图2所示，相同条件有好几个，不同条件只有一个（一杯热水，一杯冷水。）这种方法在我们的实验课上叫做对比实验。如图3所示，点击加入食盐，两勺质量相同的食盐分别加入装有相同水量的热水和冷水中，进行相同的时间，观察两个杯子中食盐溶解的快慢。

    实验结论如图4图5所示，热水杯中的食盐比冷水杯中的食盐溶解的快。因此本实验可以证明水的温度越高，食盐溶解的越快。

    （2）驗证搅拌能够加快溶解。

    如图6所示，用鼠标点击加入食盐，进行实验。如图7所示，点击加入食盐，两勺质量相同的食盐分别加入装有相同水量两杯冷水中，如图8所示，相同条件有好几个，不同条件只有一个（一杯搅拌，一杯不搅拌），进行相同的时间，观察两个杯子中食盐溶解的快慢。

    实验结论如图8图9所示，搅拌的杯子中食盐溶解的较快，不搅拌的杯子中食盐溶解的较慢。因此本实验可以证明搅拌可以加速食盐的溶解。

    （3）验证加热并搅拌能够加快溶解。

    如图10所示，用鼠标点击加入食盐，进行实验。如图11所示，点击加入食盐，两勺质量相同的食盐分别加入装有相同水量热水杯、冷水杯中，如图12所示，相同条件有好几个，不同条件有热水杯（搅拌），冷水杯（不搅拌），进行相同的时间，观察两个杯子中食盐溶解的快慢。

    实验结论如图12图13所示，热水并且搅拌的杯子中食盐溶解的较快，冷水不搅拌的杯子中食盐溶解得较慢。因此本实验可以证明加热并搅拌可以加速食盐的溶解。

    （4）学以致用，验证碾碎能够加快方糖溶解

    师：看大家做实验这么认真，老师奖励每人吃一颗方糖。但先思考一下：怎样吃糖，可以让它溶解得更快呢？

    七、评价与展望

    本研究设计借助NOBOOK虚拟实验平台，重新对“溶解的快与慢”进行教学设计。通过虚拟动画的演示，学生更容易理解学习内容，减轻了学生学习的压力，刺激学生学习主动性的提升，更好的促进学生的深度学习。

    当然，NOBOOK虚拟实验也存在一些不足，虚拟实验毕竟不是真实实验，学生只能在电脑端进行实验，不能亲自动手操作。虚拟实验可重复进行，且实验步骤都是预设好的，不利于培养学生的创新思维。因此，教师在实验教学中应以真实实验为主，考虑到安全性、时空限制等因素，则可以辅助NOBOOK虚拟实验进行教学。

    参考文献：

    [1]张小丹.基于NOBOOK虚拟仿真实验的生物学教学[J]中国教育技术装备，2019（13）：46-48

    [2]陈晓甜.基于NOBOOK的高中化学虚拟实验教学设计与实践[D]河南大学，2019