虛擬化學實驗在溴乙烷的性質教學中的應用探究

常永俠

【摘 要】2019-2020第二學期全國各類學校延遲開學，我們學校從3月2日開始線上教學。化學是以實驗為基礎的學科，教師在家進行線上教學，家里沒有實驗藥品和實驗器材，根本沒法完成現實的化學實驗。在鹵代烴的性質線上教學過程中使用的是NOBOOK虛擬實驗來協助完成教學任務，幫助學生建構鹵代烴的性質的知識體系，養成化學學科素養。

【關鍵詞】虛擬實驗;實驗教學;鹵代烴的水解反應

一、問題的提出

鹵代烴的官能團是鹵素原子，可通過烷烴的取代反應及烯烴或炔烴的加成反應來獲得，可以在氫氧化鈉的水溶液中發生取代反應生成醇，也可以在氫氧化鈉的醇溶液中發生消去反應生成烯烴或炔烴。鹵代烴常作為有機合成的中間產物，是有機合成的橋梁。鹵代烴的性質是高中化學的重要內容，鹵代烴的性質是普通高中課程標準實驗教科書魯科版有機化學基礎（選修）的第2章第1節有機化學反應類型的重要內容。

在家線上教學，家里沒有實驗藥品和實驗器材，根本沒法完成現實的化學實驗。而且很多有機化合物有毒，有機化學反應速率慢，現象不明顯，副反應多等諸多因素，為了幫助學生建構鹵代烴的性質的知識體系，養成化學學科素養。虛擬仿真實驗軟件，具有成本低和安全上的優勢也能提供類似現實實驗的感官體驗，認識實驗現象，并且可以進行網絡共享，是解決化學實驗網課教學這一現實難題的好方法，在鹵代烴的性質的線上教學過程中筆者就使用了NOBOOK虛擬實驗來協助完成教學任務。

二、什么是虛擬實驗

虛擬實驗就是在虛擬實驗室完成的實驗。虛擬實驗室是一種基于Web技術、VR虛擬現實技術構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統，是現有各種教學實驗室的數字化和虛擬化。由于虛擬實驗巨大的發展空間，很多團隊或者公司研發了一系列的虛擬實驗軟件，例如國外出現的實驗酸堿滴定法的虛擬實驗，PCR虛擬實驗室和有機化學數字實驗室等。我國對虛擬實驗在化學中應用的相關研究集中在：化學虛擬實驗平臺的構建、化學虛擬實驗的系統設計及化學虛擬實驗的教學設計等。其中化學虛擬實驗平臺設計與構建的研巧比例比較大。在虛擬實驗室中，學生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設計實驗，可進行超越傳統實物的實驗，使微觀實驗、危險性實驗、高成本實驗等成為可能，有利于培養學生的操作能力、分析診斷能力、設計能力和創新意識。

化學實驗教學是化學教學的一種十分重要的教學途徑，考慮到部分實驗的安全性、環保性、經濟性、靈活性及教學課時的限制等，虛擬仿真化學實驗應運而生，NOBOOK虛擬化學實驗室（簡稱NB化學實驗室）是一個教學軟件，依托于化學實驗的獨有系統，通過虛擬、3D效果和自由交互等方式，可呈現出初高中階段近200多個經典實驗。在虛擬化的實驗臺上，不僅教師可以做演示實驗，而且學生也可以自己動手操作;既能做傳統的化學實驗，也能設計創新實驗。

三、實施溴乙烷的取代反應虛擬實驗

1.實驗用品

儀器：試管（2個）、鐵架臺（1個）、鐵夾（1個）、酒精燈（1個）、火柴（1盒）、長膠頭滴管（1個）、pH試紙（若干個）、玻璃棒（1個）。

藥品：溴乙烷、氫氧化鈉溶液、稀硝酸、硝酸銀溶液。

2.實驗原理

3.實驗步驟

第一步，在虛擬實驗室，往試管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氫氧化鈉溶液，加熱。

第二步，反應一段時間后將試管冷卻至室溫，用長膠頭滴管取適量上層液體于另一個試管中。

第三步，向第二只試管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取點到PH試紙上檢測顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，觀察實驗現象。

四、虛擬實驗的實驗現象及分析

1.往試管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氫氧化鈉溶液，加熱。溶液分層，油層在下層，因為溴乙烷的密度比水的密度大又不溶于水，溴乙烷所以與水溶液混合后會分層，溴乙烷在下層。

2.加熱是為了加快溴乙烷的水解反應速率。溴乙烷在堿性條件下水解生成的乙醇和溴化鈉都是溶于水的，但是沒有水解的溴乙烷在下層，所以取上層溶液于試管中。

3.向第二只試管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取點到PH試紙上檢測顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，觀察實驗現象。因為硝酸銀溶液能和堿反應對本實驗有干擾，所以在加硝酸銀溶液前用稀硝酸調節溶液的酸堿性，用PH試紙上檢測顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，有黃色沉淀生成原理是AgNO3+NaBr=AgBr↓+NaNO3。

五、虛擬實驗在鹵代烴的性質實驗中的應用評價

1.優點

虛擬實驗最大的優點，是可以幫助教師和學生在家里就可以完成化學實驗，比如在本節課使用NOBOOK虛擬化學實驗可以完成鹵代烴的性質相關實驗，使學生掌握了鹵代烴的性質的相關知識，學生可以建構完整的知識體系，使學生形成化學學科素養。在虛擬實驗完成鹵代烴的性質實驗的教學中，我們也可不受時間和空間的限制，即使沒有網絡，我們可以提前做好保存下來以備以后隨時使用。與真實實驗相比，虛擬實驗節約資源，對人體和自然環境無害，體現化學實驗的綠色化思想。同時虛擬實驗用時短效率高。虛擬實驗可以讓學生隨時了解因為不當操作或者藥品選擇不恰當導致的后果而不至于真正發生危險，并分析問題想辦法解決問題。學生也可以利用軟件自己進行虛擬實驗，熟練實驗流程，為真正實物實驗奠定基礎，同時也可以培養良好的實驗習慣，避免現實實驗時的一些誤操作導致的意外，在強大的軟件支持下一些探究性實驗也可以讓學生進行嘗試，提高學習興趣與培養探究精神，像多個性質實驗的組合就可以利用虛擬實驗平臺使鹵代烴的性質綜合起來，有利于學生邏輯思維的形成，發散學生思維。

2.不足之處

學生不能實際操作溴乙烷的取代反應實驗，存在畫面立體感較差、軟硬件環境不足，網絡傳輸速度制約，讓學生進行自主探究性實驗的空間不足受到制約，沒有現實實驗豐富、鮮活，讓學生缺少一種實際的感官體驗，教學畫面存在延遲卡頓等，與真實實驗給學生帶來的切實感受還是不一樣的。

總之，虛擬技術在中學化學實驗教學的應用，具有現實性、交互性、安全性的特點，能夠提高學生的自學能力、實驗探究能力，是一種很好的輔助教學手段。隨著5G網絡技術以及VR，AR技術的發展和完善，虛擬技術在教學中定會愈發成熟豐富，必將受到廣大師生的青睞。但是，要使其在中學實驗教學中充分發揮其輔助教學作用，必須要注意與傳統化學實驗的有效結合。可以使學生建構完整的相關知識體系，形成化學學科素養，建立起實驗興趣。才有利于培養學生的操作能力、分析診斷能力、設計能力和創新意識，有利于學生邏輯思維的形成。本文探索了虛擬實驗在中學化學實驗教學中的應用方法和策略，對中學化學實驗教學有著一定的意義。

【參考文獻】

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[3]馮燕，孫鵬，朱凱.虛擬仿真技術在化學教學改革中的作用[J].教育教學論壇，2020，（07）：155-156.

（基金項目：安徽省省級課題：《虛擬實驗室在化學實驗支持系統中的應用研究》（AH2019145））