基于虛擬實驗的教學案例研究

南利蕊

摘要：在新課標的指引下，化學實驗教學在學生科學探究能力的培養中起到了不可替代的作用。隨著我國教育信息化的不斷發展，越來越多的信息技術被用于化學實驗教學中。本文以氯氣的實驗室制法的教學為例，引導學生運用虛擬實驗平臺對實驗室制取氯氣的儀器進行選擇、組裝、改進，發揮信息技術在化學實驗教學中的助力作用。

關鍵詞：氯氣的實驗室制法? 虛擬實驗? 信息技術

《普通高中化學課程標準》（2017年版，2020年修訂）（以下簡稱新課標）中明確指出，化學實驗是科學探究的一種重要途徑。[1]因此，化學學科的實驗教學不僅有利于學生深刻理解理論知識，還可以在實驗教學過程中培養學生的科學探究思維和能力。[2]但在實際的課堂教學進行時，化學實驗會受到諸多因素的限制，并沒有有效發揮出其應有的價值，這不僅會影響學生對實驗必要性的認知，還會制約學生科學探究思維和能力的發展。[3]但是，隨著中國教育信息化的快速發展，越來越多的信息技術被應用于實驗教學中。NOBOOK虛擬實驗室是一款專用于中小學實驗教學的軟件，將其應用于化學實驗教學中，能夠有效突破以往教學在實驗平臺、空間與條件等方面存在的局限，為學生實驗思維與動手操作能力的培養提供充足空間。

1問題的提出

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

2 基于虛擬實驗的信息技術在氯氣的實驗室制法教學中的實踐

2.1 教學背景分析

2.1.1教學內容分析

氯氣的制備實驗是學生進入高中階段后首次探究的氣體制備實驗，做好此實驗，可為后面非金屬及其化合物的學習奠定基礎，可以更好地完善學生實驗室制取氣體的思路和方法，提高學生的科學探究能力。

2.1.2學生學情分析

初中階段，學生已經進行過氧氣和二氧化碳氣體制取的探究活動，已經初步具備了選擇實驗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一步構建。高中生好奇心強，富有求知欲，學生第一次接觸 NOBOOK化學虛擬實驗室，能夠引起其對化學濃厚的學習興趣，激發學生的創造力和學習積極性，培養學生的科學探究與創新意識。

2.2主要教學過程

2.2.1 深入情境，利用虛擬實驗平臺對實驗室制備氯氣的裝置進行分析和改進

上節課我們了解了舍勒制備氯氣的原理，也是我們現在的實驗室制備氯氣的原理。根據這個原理，我們在實驗室制備氯氣時需要什么樣的裝置呢？

【回答】實驗室制氯氣應該選擇固液加熱型的裝置作為氣體發生裝置，向上排空氣法。

【追問】為什么要這樣選擇？依據是什么？

【回答】因為根據反應原理可知該反應是一個固液加熱型的反應，所以需要酒精燈加熱。因為氯氣的密度比空氣大，所以可以用向上排空氣法，這都是依據物質的物理性質。

設計意圖：通過儀器的選擇和裝置的組裝，提高學生的動手操作能力，在組裝過程中鞏固初中所學知識，明確實驗裝置的選擇依據，進一步加深對氯氣性質的認識。

【追問】能不能把生成的氯氣直接排放到大氣中呢？

【回答】不能，因為氯氣有毒，會污染環境，要進行尾氣處理。

【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。

設計意圖：通過尾氣處理裝置的使用，鞏固氯氣化學性質的知識，強化學生的環境保護意識。

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

【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，需要用飽和食鹽水和濃硫酸分別除去這兩種雜質。

【追問】所以我們需要在已經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】應該先除去哪種雜質？

【回答】我們需要先除去氯化氫氣體，再除去水蒸汽。

設計意圖：通過對各個裝置的搭建過程，考查學生是否真正理解實驗室制取氯氣的流程，為得到實驗室氣體制取的一般裝置模型做準備。

2.2.2 模型轉化，列出實驗室制取氣體的一般裝置模型

【提問】現在你能不能列出實驗室制備氣體時一般裝置的連接順序呢？

【書寫】發生裝置——除雜裝置——收集裝置——尾氣處理裝置。

2.2.3回歸實驗，利用真實儀器搭建裝置

現在我們可以利用實驗室現有的儀器，對裝置進行連接。

【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結語

在本節課的課堂教學中，借助虛擬實驗平臺輔助教學，引導學生對該實驗所需的儀器進行選擇，并自主在虛擬實驗平臺上對該實驗所需的裝置進行組裝和改進。這種基于虛擬實驗的信息技術在化學實驗教學中的使用，是對實際操作實驗的很好補充，充分調動了學生在整個過程中的自主思考和實驗探究的能力，有效提升了學生的科學探究能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（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.自制實驗教學設備促進學生實踐創新能力培養[J]. 化學教育（中英文）， 2021，42（20）： 60-64.

[3]梅繼紅. 充分發揮學生的主體作用—我的一堂教學實踐課[J]. 化學教育（中英文），2005（S1）： 91-92.

（本文為中國化學會化學教育委員會十四五規劃課題“基于實驗的信息化教學模式對學生化學核心素養培養的研究”階段性成果）