基于虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)案例研究

南利蕊

摘要：在新課標(biāo)的指引下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)中起到了不可替代的作用。隨著我國教育信息化的不斷發(fā)展，越來越多的信息技術(shù)被用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。本文以氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法的教學(xué)為例，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺對實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的儀器進(jìn)行選擇、組裝、改進(jìn)，發(fā)揮信息技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的助力作用。

關(guān)鍵詞：氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法? 虛擬實(shí)驗(yàn)? 信息技術(shù)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版，2020年修訂）（以下簡稱新課標(biāo)）中明確指出，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的一種重要途徑。[1]因此，化學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有利于學(xué)生深刻理解理論知識，還可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維和能力。[2]但在實(shí)際的課堂教學(xué)進(jìn)行時，化學(xué)實(shí)驗(yàn)會受到諸多因素的限制，并沒有有效發(fā)揮出其應(yīng)有的價值，這不僅會影響學(xué)生對實(shí)驗(yàn)必要性的認(rèn)知，還會制約學(xué)生科學(xué)探究思維和能力的發(fā)展。[3]但是，隨著中國教育信息化的快速發(fā)展，越來越多的信息技術(shù)被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室是一款專用于中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟件，將其應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠有效突破以往教學(xué)在實(shí)驗(yàn)平臺、空間與條件等方面存在的局限，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維與動手操作能力的培養(yǎng)提供充足空間。

1問題的提出

《氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法》是2019人教新版普通高中教科書《化學(xué)》必修第一冊的第二章第二節(jié)《氯及其化合物》的重要組成部分，該實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生進(jìn)入高中階段后首次探究的氣體制備實(shí)驗(yàn)。但是，部分教師在進(jìn)行本部分的課堂教學(xué)時，可能直接把氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法中實(shí)驗(yàn)儀器的選擇和實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)當(dāng)作純理論知識進(jìn)行講述。有的教師可能在進(jìn)行課堂教學(xué)時，給學(xué)生演示了實(shí)驗(yàn)過程，但是實(shí)驗(yàn)裝置一般都是提前組裝好的，學(xué)生自己根本就沒有進(jìn)行過實(shí)際操作，這就導(dǎo)致有的學(xué)生不僅沒有組裝實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)會，甚至連基本的實(shí)驗(yàn)儀器都不認(rèn)識，更不要談在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)探究過程和提升科學(xué)探究能力了。

2 基于虛擬實(shí)驗(yàn)的信息技術(shù)在氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法教學(xué)中的實(shí)踐

2.1 教學(xué)背景分析

2.1.1教學(xué)內(nèi)容分析

氯氣的制備實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入高中階段后首次探究的氣體制備實(shí)驗(yàn)，做好此實(shí)驗(yàn)，可為后面非金屬及其化合物的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，可以更好地完善學(xué)生實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路和方法，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2.1.2學(xué)生學(xué)情分析

初中階段，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行過氧氣和二氧化碳?xì)怏w制取的探究活動，已經(jīng)初步具備了選擇實(shí)驗(yàn)室氣體制備裝置的能力，但是完整的氣體制取的裝置模型還有待進(jìn)一步構(gòu)建。高中生好奇心強(qiáng)，富有求知欲，學(xué)生第一次接觸 NOBOOK化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，能夠引起其對化學(xué)濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。

2.2主要教學(xué)過程

2.2.1 深入情境，利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺對實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的裝置進(jìn)行分析和改進(jìn)

上節(jié)課我們了解了舍勒制備氯氣的原理，也是我們現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的原理。根據(jù)這個原理，我們在實(shí)驗(yàn)室制備氯氣時需要什么樣的裝置呢？

【回答】實(shí)驗(yàn)室制氯氣應(yīng)該選擇固液加熱型的裝置作為氣體發(fā)生裝置，向上排空氣法。

【追問】為什么要這樣選擇？依據(jù)是什么？

【回答】因?yàn)楦鶕?jù)反應(yīng)原理可知該反應(yīng)是一個固液加熱型的反應(yīng)，所以需要酒精燈加熱。因?yàn)槁葰獾拿芏缺瓤諝獯?，所以可以用向上排空氣法，這都是依據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：通過儀器的選擇和裝置的組裝，提高學(xué)生的動手操作能力，在組裝過程中鞏固初中所學(xué)知識，明確實(shí)驗(yàn)裝置的選擇依據(jù)，進(jìn)一步加深對氯氣性質(zhì)的認(rèn)識。

【追問】能不能把生成的氯氣直接排放到大氣中呢？

【回答】不能，因?yàn)槁葰庥卸?，會污染環(huán)境，要進(jìn)行尾氣處理。

【追問】怎么處理氯氣呢？

【回答】可以選擇氫氧化鈉溶液來處理氯氣。

設(shè)計(jì)意圖：通過尾氣處理裝置的使用，鞏固氯氣化學(xué)性質(zhì)的知識，強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識。

【提問】你覺得這個裝置得到的氯氣純度高嗎？可能含有的雜質(zhì)是什么？如何除去？結(jié)合資料信息思考。

【回答】用這個裝置得到的氯氣不純凈，可能混有HCl和水蒸汽等雜質(zhì)，需要用飽和食鹽水和濃硫酸分別除去這兩種雜質(zhì)。

【追問】所以我們需要在已經(jīng)組裝的裝置中添加什么裝置呢？

【回答】還需要增加一個除雜裝置。

【提問】應(yīng)該先除去哪種雜質(zhì)？

【回答】我們需要先除去氯化氫氣體，再除去水蒸汽。

設(shè)計(jì)意圖：通過對各個裝置的搭建過程，考查學(xué)生是否真正理解實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的流程，為得到實(shí)驗(yàn)室氣體制取的一般裝置模型做準(zhǔn)備。

2.2.2 模型轉(zhuǎn)化，列出實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般裝置模型

【提問】現(xiàn)在你能不能列出實(shí)驗(yàn)室制備氣體時一般裝置的連接順序呢？

【書寫】發(fā)生裝置——除雜裝置——收集裝置——尾氣處理裝置。

2.2.3回歸實(shí)驗(yàn)，利用真實(shí)儀器搭建裝置

現(xiàn)在我們可以利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器，對裝置進(jìn)行連接。

【提問】這種裝置還可以用來制備什么氣體呢？

【回答】這種裝置還可以用來制備固體和液體反應(yīng)時需要加熱的氣體。

【追問】如果我把加熱裝置去掉以后，還可以用來制備什么氣體？我們利用這樣的裝置能不能制備氯氣呢？

【回答】可以用來制備氫氣、二氧化碳等氣體。

【視頻】播放利用該裝置制備氯氣的視頻。

3結(jié)語

在本節(jié)課的課堂教學(xué)中，借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)所需的儀器進(jìn)行選擇，并自主在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺上對該實(shí)驗(yàn)所需的裝置進(jìn)行組裝和改進(jìn)。這種基于虛擬實(shí)驗(yàn)的信息技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用，是對實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)的很好補(bǔ)充，充分調(diào)動了學(xué)生在整個過程中的自主思考和實(shí)驗(yàn)探究的能力，有效提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版，2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.12.

[2]徐敏虹，陳海鋒，郭玉華，等.自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2021，42（20）： 60-64.

[3]梅繼紅. 充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用—我的一堂教學(xué)實(shí)踐課[J]. 化學(xué)教育（中英文），2005（S1）： 91-92.

（本文為中國化學(xué)會化學(xué)教育委員會十四五規(guī)劃課題“基于實(shí)驗(yàn)的信息化教學(xué)模式對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的研究”階段性成果）