多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中化學(xué)實驗及教學(xué)的改進(jìn)

曹黎 王偉群

摘要：現(xiàn)代化教育技術(shù)在課堂上的應(yīng)用越來越普遍，成為重要的教學(xué)工具。化學(xué)作為一門實驗科學(xué)，實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要教學(xué)模式。由于化學(xué)實驗危險、腐蝕和污染的特性與多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要的潔凈安全的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生沖突，讓化學(xué)實驗改進(jìn)成為了一個很重要的研究方向。文章以“硝酸的性質(zhì)”在多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一伽毛未來教室中的改進(jìn)來探討如何借助信息化技術(shù)平臺來優(yōu)化化學(xué)探究實驗教學(xué)，為化學(xué)教學(xué)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;化學(xué)實驗教學(xué);實驗改進(jìn);硝酸性質(zhì)

文章編號：1008-0546（2019）02-0077-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用，幾乎走進(jìn)了所有的課堂，逐漸成為教學(xué)的重要工具、主要平臺。多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)對比于一支粉筆一本教材的傳統(tǒng)教學(xué)模式顯示出了很大的優(yōu)勢，能很好地配合教師把抽象的知識以具體、形象的方式輸出，學(xué)生動用各種感官去接受知識，進(jìn)而營造出一種生動、高效的學(xué)習(xí)環(huán)境，能更有效地支持學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)、課前課后的預(yù)復(fù)習(xí)，更為重要的是這種良好的學(xué)習(xí)環(huán)境能有效促進(jìn)學(xué)生的合作與探究。

多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對化學(xué)教學(xué)有很大的優(yōu)化作用，尤其是化學(xué)實驗教學(xué)，很多的教學(xué)信息設(shè)備，如平板電腦、交互式電子雙板、數(shù)字化的課桌椅、錄播系統(tǒng)及一些教學(xué)輔助軟件，不僅能讓很多危險、污染、微觀等等以往不可能在課堂中直接進(jìn)行的化學(xué)實驗以視頻或動畫的方式得以形象、充分地展現(xiàn)，甚至還能比傳統(tǒng)課堂更清晰直觀地感受實驗現(xiàn)象，提高化學(xué)實驗教學(xué)的效率和效果。

但是多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的化學(xué)實驗教學(xué)的具體應(yīng)用情況并不像我們想的那樣的樂觀，因為大部分的化學(xué)實驗，都有一定的污染、腐蝕、毒害，而在多媒體環(huán)境中，設(shè)備對污染、腐蝕特別不耐受，除了一些極簡單的實驗外，很多實驗無法走進(jìn)多媒體教室，使得在這種環(huán)境下的化學(xué)實驗教學(xué)受到了很大的局限和沖擊。多數(shù)情況下，化學(xué)實驗教學(xué)還只能回到傳統(tǒng)課堂。

我們想辦法改進(jìn)實驗，將污染、危險、腐蝕的情況降到最低甚至完全消失，讓它們無壓力地走進(jìn)多媒體教室，且利用多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來優(yōu)化化學(xué)實驗課，進(jìn)而大大提高化學(xué)實驗教學(xué)效果，是非常值得研究的。下面筆者就以“硝酸的性質(zhì)”的實驗教學(xué)為例來談?wù)勂湓诙嗝襟w網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中該如何改進(jìn)，從而使化學(xué)實驗教學(xué)和多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境充分融合，發(fā)揮后者于前者的優(yōu)勢。

一、學(xué)生的學(xué)習(xí)分析

1.根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)對硝酸的化學(xué)性質(zhì)要有了解。教材涉及硝酸性質(zhì)的知識點有：硝酸的不穩(wěn)定性和它的強(qiáng)氧化性，且濃和稀的硝酸氧化性不同，受熱或見光分解、濃（稀）硝酸和銅、濃硝酸和碳反應(yīng)的產(chǎn)物比較復(fù)雜，是學(xué)生在中學(xué)化學(xué)中遇到的性質(zhì)最復(fù)雜的無機(jī)酸。

2.教材在這部分的實驗設(shè)計較傳統(tǒng)：硝酸的不穩(wěn)定性（濃硝酸見光分解）和硝酸的強(qiáng)氧化性中的濃硝酸與焦炭的反應(yīng)，教材就是給了一個化學(xué)方程式，沒有實驗的論證和推理。硝酸的強(qiáng)氧化性中的濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)教材給了一個較簡單的演示實驗，沒有尾氣處理。實驗的相對簡單對于學(xué)生理解硝酸的分解、硝酸的強(qiáng)氧化性的四個化學(xué)反應(yīng)有一定困難。

3.學(xué)生已經(jīng)在之前的章節(jié)里學(xué)習(xí)了一氧化氮、二氧化氮是有毒氣體會對環(huán)境造成污染，但并不知道該如何吸收處理這些污染氣體，由于沒有具體實驗支撐，缺乏直觀印象，不利于有效形成環(huán)境保護(hù)意識。

二、設(shè)備分析

本堂課采用starC云端一體化學(xué)習(xí)平臺。starC云端一體化學(xué)習(xí)平臺是由國家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心研制開發(fā)的電子雙板課堂教學(xué)平臺，有云資源、學(xué)科工具、交互模塊三大技術(shù)的支撐。首先，它將傳統(tǒng)黑板與電子白板融合，將板書、演算、推理、標(biāo)注等傳統(tǒng)課堂活動回歸現(xiàn)代課堂，達(dá)到了“隨處可寫，隨時可寫”的效果;二是教師可以利用平臺提供的學(xué)科工具以及原有的學(xué)科專用軟件將不同的教學(xué)內(nèi)容通過電子雙板進(jìn)行實時顯示;三是借助于課堂的信息化環(huán)境，通過習(xí)題、問題等形式發(fā)送至學(xué)生的移動終端，教師可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實時檢測并反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。本次教學(xué)學(xué)生分為六個小組，每個小組都配備Pad與教室的交互式電子雙板進(jìn)行有效互動。

三、實驗改進(jìn)及教學(xué)實施

1.硝酸的分解實驗改進(jìn)及教學(xué)片斷

（1）實驗改進(jìn)

由于硝酸分解溫度高于它的沸點，造成實驗操作的難度，還因其產(chǎn)物中的二氧化氮有毒，會對環(huán)境和設(shè)備造成污染和損壞，因此教材上沒有演示實驗。我們按圖1增加硝酸的分解實驗。

（2）教學(xué)片斷

【教師提問】（1）硝酸的沸點？（2）硝酸的分解溫度？（3）如何操作才能使硝酸分解？（4）產(chǎn)物可能有污染，該如何處理？

【學(xué)生運用多媒體】用Pad上網(wǎng)搜索有關(guān)硝酸及相關(guān)分解產(chǎn)物的性質(zhì)、對環(huán)境的污染情況，然后小組討論，教師用starC的“發(fā)送截屏”功能將設(shè)計稿模板發(fā)送至學(xué)生的Pad上，他們在Pad上設(shè)計實驗，然后上傳到副屏幕。

【教師總結(jié)評價】對六組學(xué)生的設(shè)計對比觀摩，請學(xué)生互相評價，最后點評，用“隨手寫”功能在設(shè)計作品上批閱，最終定稿（圖1）：（夾持裝置省略）大試管中加入5mL濃硝酸，放入碎瓷片，點燃酒精燈1加熱濃硝酸，待試管內(nèi)出現(xiàn)大量蒸汽，冷凝導(dǎo)管開始有液體回流時再日點燃酒精燈2加熱硝酸蒸氣，觀察實驗現(xiàn)象。

【學(xué)生操作】搭建裝置并操作實驗，用Pad拍攝階段現(xiàn)象上傳屏幕。

【學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象】首先看到酒精燈1加熱大試管中的濃硝酸后，大試管中充滿了“白霧”，然后點燃酒精燈2加熱試管中部，大試管中慢慢顯示出紅棕色來，且越來越深。

【學(xué)生分析討論】酒精燈1加熱濃硝酸后，看到的“白霧”是硝酸蒸汽溶于水蒸氣后的小液滴，說明硝酸達(dá)到了它的沸點開始揮發(fā)，如果就這么一直加熱下去，那么將達(dá)不到實驗?zāi)康模驗橄跛釙粩嘧兂烧羝耐戤叄跃凭珶?在此時加熱試管中部的硝酸蒸汽，讓其很快達(dá)到分解的溫度，看到了紅棕色氣體即NO₂氣體。長直導(dǎo)管可以起到冷凝回流作用，不讓污染的產(chǎn)物逸出。根據(jù)氧化還原的角度可知道還有O₂的生成，根據(jù)元素守恒的角度知道還有H₂O的生成。

【學(xué)生運用多媒體】在交互式雙板上試著寫出方程式并配平，其他學(xué)生試著用“隨手寫”功能批改。

（3）改進(jìn)反思

筆者在課堂上引導(dǎo)學(xué)生先思考教師提出的問題，再讓他們帶著問題上網(wǎng)搜索硝酸分解的產(chǎn)物性質(zhì)和污染情況，隨后才讓其設(shè)計實驗，制定出實驗方案。整個過程通過多媒體的輔助變得非常流暢。精心的考慮尾氣吸收環(huán)節(jié)不僅為多媒體設(shè)備增加了保障，也很好地增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識，并且通過多媒體設(shè)備能更直觀地觀察到實驗現(xiàn)象，更好地進(jìn)行師生和生生互動，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

二、硝酸與金屬銅反應(yīng)

1.實驗改進(jìn)

教材上是教師演示實驗，沒有尾氣處理裝置，且實驗細(xì)節(jié)不明顯。為了讓學(xué)生更加近距離地觀察到實驗的細(xì)節(jié)，以及出于環(huán)保角度的考慮，將書上的關(guān)于濃（稀）硝酸和Cu的反應(yīng)實驗按圖2進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計成微型實驗，讓學(xué)生分組在小型注射器里觀察現(xiàn)象。

2.教學(xué)片斷

【學(xué)生分組實驗】分成6組實驗

①在三個小燒杯中分別注入少許14mol·L^-1的濃硝酸，3mol·L^-1稀硝酸，6mol·L^-1NaOH溶液。

②用兩支已經(jīng)放好銅片的5mL的注射器分別從小燒杯中吸取濃硝酸和稀硝酸各1mL。

③立即將注射器放入盛有NaOH溶液的燒杯中，觀察注射器中銅片的變化，氣體的顏色，溶液的顏色，反應(yīng)的速率。

④將稀硝酸的注射器吸入少量空氣，觀察其中氣體顏色的變化。

⑤處理：觀察完畢，實驗結(jié)束時，向注射器中吸入適量NaOH溶液，小心振蕩即可。

【學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象】濃硝酸、稀硝酸分別和Cu反應(yīng)的溶液顏色，氣體顏色，反應(yīng)速率。學(xué)生可以看到吸有濃硝酸的那支注射器中銅片上立刻產(chǎn)生大量氣泡，出現(xiàn)紅棕色氣體，溶液迅速變成藍(lán)綠色，氣體迅速把溶液壓入NaOH溶液中，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀。而吸有稀硝酸的那支注射器中銅片上則是慢慢產(chǎn)生少量氣泡，氣體的顏色是無色的，溶液變成藍(lán)色，一段時間后無色氣體把溶液壓入NaOH溶液中，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀。

【學(xué)生運用多媒體】每組學(xué)生用Pad拍攝實驗現(xiàn)象上傳副屏幕，派代表講解他們的實驗成果以及實驗過程中的疑問，師生共同探討。

【教師講解】吸有濃硝酸的那支注射器中產(chǎn)生的紅棕色氣體是NO₂，藍(lán)綠色溶液則為Cu²⁺，氣體迅速把溶液壓入NaOH溶液中，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，進(jìn)一步驗證了Cu²⁺的產(chǎn)生;而吸有稀硝酸的那支注射器中產(chǎn)生的無色氣體是NO，藍(lán)色溶液是Cu²⁺，氣體迅速把溶液壓入NaOH溶液中，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，進(jìn)一步驗證了Cu²⁺的產(chǎn)生。

【師生運用多媒體】用starC的“發(fā)送截屏”功能將練習(xí)模板發(fā)送至學(xué)生的Pad上，學(xué)生在Pad上完成實驗對比表和化學(xué)方程式然后上傳到副屏幕，教師對六組學(xué)生的練習(xí)對比觀摩，用“隨手寫”進(jìn)行批閱和點贊。

3.改進(jìn)反思

該實驗設(shè)計成微型實驗，可以讓學(xué)生更近距離清晰地看到實驗現(xiàn)象，而且兩支注射器中實驗現(xiàn)象對比非常明顯，可以讓學(xué)生通過自己實驗，討論思考，充分體會濃（稀）硝酸與銅反應(yīng)的情況。實驗改進(jìn)后整個實驗過程中沒有一點污染氣體的泄漏，非常符合多媒體教室的環(huán)境。另外，用于尾氣吸收的裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中的現(xiàn)象的各不相同可以引發(fā)學(xué)生新的思考。比如有些小組可能出現(xiàn)濃硝酸那支注射器倒吸NaOH溶液的現(xiàn)象，可由學(xué)生自己分析由于NO₂與NaOH反應(yīng)造成外壓大于內(nèi)壓而形成。比如有些小組發(fā)現(xiàn)氣體將CuSO₄溶液壓入NaOH溶液后，除了出現(xiàn)藍(lán)色沉淀外，還看見了局部產(chǎn)生黑色固體，可由學(xué)生思考后分析是CU（OH）₂受熱分解為CuO所致，等等。實驗改進(jìn)后不僅能和多媒體設(shè)備完美配合，提高了教學(xué)效率和效果，還培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識和對比學(xué)習(xí)的能力。

三、濃硝酸與焦炭反應(yīng)

1.實驗改進(jìn)

由于濃硝酸和焦炭的反應(yīng)污染性大，教材上也沒有教師演示實驗安排，我們按圖3增加濃硝酸和焦炭反應(yīng)的實驗。

2.教學(xué)片斷

【演示實驗】在廣口瓶中裝人飽和的澄清石灰水溶液約30mL，在打有小孔的試管中注入14mol·L^-1的濃硝酸約5mL。用熱水浴預(yù)熱試管中的濃硝酸，打開試管上的橡皮塞，將加熱至紅熱的木炭放入試管中，立即塞好橡皮塞。觀察現(xiàn)象。

【師生運用多媒體】用starC的“實物展臺”把實驗展示在交互式雙板上，并配合“快速抓拍”功能拍下關(guān)鍵實驗現(xiàn)象，在副屏幕上進(jìn)行講解，讓學(xué)生上臺分析。

【教師提問】（1）廣口瓶中為什么要放入飽和澄清石灰水？（2）為什么要在試管上部打個小孔？

【學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象】小試管中焦炭和濃硝酸劇烈反應(yīng)，在濃硝酸中上下翻滾，紅棕色氣體充滿整個氣體，慢慢氣體從小孔溢出充滿整個廣口瓶，搖晃廣口瓶，澄清石灰水變渾濁。

【學(xué)生分析討論】紅棕色氣體是NO₂，澄清石灰水變渾濁說明產(chǎn)生了CO₂，小試管中打小孔是出于環(huán)保考慮，讓NO₂從小孔出來被澄清石灰水吸收。

【師生運用多媒體】教師用starC的“發(fā)送截屏”功能將練習(xí)模板發(fā)送至學(xué)生的Pad上，學(xué)生在Pad上完成實驗對比表和化學(xué)方程式然后上傳到副屏幕，教師對六組學(xué)生的練習(xí)對比觀摩，用“隨手寫”進(jìn)行批閱和點贊。教師將starC里的“隨堂小練”硝酸的性質(zhì)的選擇題發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生答好后上傳，副屏幕顯示柱狀圖非常清晰地看出錯誤率，錯誤和正確學(xué)生的姓名，便于課后再根據(jù)情況一一跟進(jìn)。當(dāng)場請一位答題正確學(xué)生上來用starC的“隨手寫”功能在主屏PPT上進(jìn)行講解，隨后教師完善，部分板書呈現(xiàn)。

3.改進(jìn)反思

筆者先讓學(xué)生用Pad上網(wǎng)搜索實驗視頻進(jìn)行觀看和比較，然后讓學(xué)生說出為什么課堂上無法進(jìn)行演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考，要在我們的starC未來教室演示這個實驗，必須要進(jìn)行非常嚴(yán)格的尾氣吸收處理。學(xué)生通過思考改進(jìn)實驗的各細(xì)節(jié)問題，進(jìn)一步掌握硝酸的強(qiáng)氧化性，進(jìn)一步增強(qiáng)了他們的環(huán)保意識。

四、小結(jié)

硝酸的實驗經(jīng)過改進(jìn)后還是很順利地能在多媒體教室中完成，多媒體網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)設(shè)備也讓學(xué)生充分展示主體參與性，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性、批判性思維，并且讓學(xué)生在設(shè)計實驗和操作實驗時要有環(huán)保意識。尾氣處理，氮氧化物的吸收學(xué)生本是不知道的，在未來教室可以立即查閱，和同學(xué)一起研究研討，然后再改進(jìn)自己的實驗，這是傳統(tǒng)教室無法做到的，完全可以將化學(xué)實驗的污染、腐蝕、毒害的軟肋變成優(yōu)勢。

在未來教室進(jìn)行化學(xué)探究實驗教學(xué)，讓學(xué)生充分發(fā)展他們的能力可能需要更多的時間，一節(jié)課的時間會顯得比較倉促，如果給予更多的時間讓他們思考的空間更大一些，效果會更好。

參考文獻(xiàn)

[1]周新桂.探究教學(xué)操作全手冊[M].南京：江蘇教育出版社，2010：12-26

[2]王祖浩.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)[M].南京：江蘇教育出版社，2016：100-102

[3]金婷婷.starC未來教室在教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2015：21-26

[4]羅嘉，基于StarC的初中化學(xué)雙軌教學(xué)模式的探索[J].北學(xué)教育，2017，38（11）：57-60