多媒體網絡環境中化學實驗及教學的改進

曹黎 王偉群

摘要：現代化教育技術在課堂上的應用越來越普遍，成為重要的教學工具。化學作為一門實驗科學，實驗教學是化學教學的重要教學模式。由于化學實驗危險、腐蝕和污染的特性與多媒體網絡環境需要的潔凈安全的標準產生沖突，讓化學實驗改進成為了一個很重要的研究方向。文章以“硝酸的性質”在多媒體網絡環境一伽毛未來教室中的改進來探討如何借助信息化技術平臺來優化化學探究實驗教學，為化學教學服務。

關鍵詞：多媒體網絡環境;化學實驗教學;實驗改進;硝酸性質

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

隨著社會的發展，現代教育技術在教學中發揮著越來越重要的作用，幾乎走進了所有的課堂，逐漸成為教學的重要工具、主要平臺。多媒體網絡環境下的教學對比于一支粉筆一本教材的傳統教學模式顯示出了很大的優勢，能很好地配合教師把抽象的知識以具體、形象的方式輸出，學生動用各種感官去接受知識，進而營造出一種生動、高效的學習環境，能更有效地支持學生的個性化學習、課前課后的預復習，更為重要的是這種良好的學習環境能有效促進學生的合作與探究。

多媒體網絡教學對化學教學有很大的優化作用，尤其是化學實驗教學，很多的教學信息設備，如平板電腦、交互式電子雙板、數字化的課桌椅、錄播系統及一些教學輔助軟件，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行的化學實驗以視頻或動畫的方式得以形象、充分地展現，甚至還能比傳統課堂更清晰直觀地感受實驗現象，提高化學實驗教學的效率和效果。

但是多媒體網絡環境中的化學實驗教學的具體應用情況并不像我們想的那樣的樂觀，因為大部分的化學實驗，都有一定的污染、腐蝕、毒害，而在多媒體環境中，設備對污染、腐蝕特別不耐受，除了一些極簡單的實驗外，很多實驗無法走進多媒體教室，使得在這種環境下的化學實驗教學受到了很大的局限和沖擊。多數情況下，化學實驗教學還只能回到傳統課堂。

我們想辦法改進實驗，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多媒體教室，且利用多媒體網絡環境來優化化學實驗課，進而大大提高化學實驗教學效果，是非常值得研究的。下面筆者就以“硝酸的性質”的實驗教學為例來談談其在多媒體網絡環境中該如何改進，從而使化學實驗教學和多媒體網絡環境充分融合，發揮后者于前者的優勢。

一、學生的學習分析

1.根據課程標準，學生通過學習對硝酸的化學性質要有了解。教材涉及硝酸性質的知識點有：硝酸的不穩定性和它的強氧化性，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、濃硝酸和碳反應的產物比較復雜，是學生在中學化學中遇到的性質最復雜的無機酸。

2.教材在這部分的實驗設計較傳統：硝酸的不穩定性（濃硝酸見光分解）和硝酸的強氧化性中的濃硝酸與焦炭的反應，教材就是給了一個化學方程式，沒有實驗的論證和推理。硝酸的強氧化性中的濃、稀硝酸與銅的反應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生理解硝酸的分解、硝酸的強氧化性的四個化學反應有一定困難。

3.學生已經在之前的章節里學習了一氧化氮、二氧化氮是有毒氣體會對環境造成污染，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，不利于有效形成環境保護意識。

二、設備分析

本堂課采用starC云端一體化學習平臺。starC云端一體化學習平臺是由國家數字化學習工程技術研究中心研制開發的電子雙板課堂教學平臺，有云資源、學科工具、交互模塊三大技術的支撐。首先，它將傳統黑板與電子白板融合，將板書、演算、推理、標注等傳統課堂活動回歸現代課堂，達到了“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科工具以及原有的學科專用軟件將不同的教學內容通過電子雙板進行實時顯示;三是借助于課堂的信息化環境，通過習題、問題等形式發送至學生的移動終端，教師可以對學生的學習情況進行實時檢測并反饋學生的學習結果。本次教學學生分為六個小組，每個小組都配備Pad與教室的交互式電子雙板進行有效互動。

三、實驗改進及教學實施

1.硝酸的分解實驗改進及教學片斷

（1）實驗改進

由于硝酸分解溫度高于它的沸點，造成實驗操作的難度，還因其產物中的二氧化氮有毒，會對環境和設備造成污染和損壞，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）產物可能有污染，該如何處理？

【學生運用多媒體】用Pad上網搜索有關硝酸及相關分解產物的性質、對環境的污染情況，然后小組討論，教師用starC的“發送截屏”功能將設計稿模板發送至學生的Pad上，他們在Pad上設計實驗，然后上傳到副屏幕。

【教師總結評價】對六組學生的設計對比觀摩，請學生互相評價，最后點評，用“隨手寫”功能在設計作品上批閱，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，待試管內出現大量蒸汽，冷凝導管開始有液體回流時再日點燃酒精燈2加熱硝酸蒸氣，觀察實驗現象。

【學生操作】搭建裝置并操作實驗，用Pad拍攝階段現象上傳屏幕。

【學生觀察實驗現象】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，說明硝酸達到了它的沸點開始揮發，如果就這么一直加熱下去，那么將達不到實驗目的，因為硝酸會不斷變成蒸汽而消耗完畢，所以酒精燈2在此時加熱試管中部的硝酸蒸汽，讓其很快達到分解的溫度，看到了紅棕色氣體即NO₂氣體。長直導管可以起到冷凝回流作用，不讓污染的產物逸出。根據氧化還原的角度可知道還有O₂的生成，根據元素守恒的角度知道還有H₂O的生成。

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

（3）改進反思

筆者在課堂上引導學生先思考教師提出的問題，再讓他們帶著問題上網搜索硝酸分解的產物性質和污染情況，隨后才讓其設計實驗，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節不僅為多媒體設備增加了保障，也很好地增強了學生的環境保護意識，并且通過多媒體設備能更直觀地觀察到實驗現象，更好地進行師生和生生互動，達到良好的教學效果。

二、硝酸與金屬銅反應

1.實驗改進

教材上是教師演示實驗，沒有尾氣處理裝置，且實驗細節不明顯。為了讓學生更加近距離地觀察到實驗的細節，以及出于環保角度的考慮，將書上的關于濃（稀）硝酸和Cu的反應實驗按圖2進行改進，設計成微型實驗，讓學生分組在小型注射器里觀察現象。

2.教學片斷

【學生分組實驗】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，實驗結束時，向注射器中吸入適量NaOH溶液，小心振蕩即可。

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

【學生運用多媒體】每組學生用Pad拍攝實驗現象上傳副屏幕，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生的紅棕色氣體是NO₂，藍綠色溶液則為Cu²⁺，氣體迅速把溶液壓入NaOH溶液中，出現藍色沉淀，進一步驗證了Cu²⁺的產生;而吸有稀硝酸的那支注射器中產生的無色氣體是NO，藍色溶液是Cu²⁺，氣體迅速把溶液壓入NaOH溶液中，出現藍色沉淀，進一步驗證了Cu²⁺的產生。

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

3.改進反思

該實驗設計成微型實驗，可以讓學生更近距離清晰地看到實驗現象，而且兩支注射器中實驗現象對比非常明顯，可以讓學生通過自己實驗，討論思考，充分體會濃（稀）硝酸與銅反應的情況。實驗改進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境。另外，用于尾氣吸收的裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中的現象的各不相同可以引發學生新的思考。比如有些小組可能出現濃硝酸那支注射器倒吸NaOH溶液的現象，可由學生自己分析由于NO₂與NaOH反應造成外壓大于內壓而形成。比如有些小組發現氣體將CuSO₄溶液壓入NaOH溶液后，除了出現藍色沉淀外，還看見了局部產生黑色固體，可由學生思考后分析是CU（OH）₂受熱分解為CuO所致，等等。實驗改進后不僅能和多媒體設備完美配合，提高了教學效率和效果，還培養了學生的環保意識和對比學習的能力。

三、濃硝酸與焦炭反應

1.實驗改進

由于濃硝酸和焦炭的反應污染性大，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的實驗。

2.教學片斷

【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”功能拍下關鍵實驗現象，在副屏幕上進行講解，讓學生上臺分析。

【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？

【學生觀察實驗現象】小試管中焦炭和濃硝酸劇烈反應，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。

【學生分析討論】紅棕色氣體是NO₂，澄清石灰水變渾濁說明產生了CO₂，小試管中打小孔是出于環保考慮，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“發送截屏”功能將練習模板發送至學生的Pad上，學生在Pad上完成實驗對比表和化學方程式然后上傳到副屏幕，教師對六組學生的練習對比觀摩，用“隨手寫”進行批閱和點贊。教師將starC里的“隨堂小練”硝酸的性質的選擇題發送給學生，學生答好后上傳，副屏幕顯示柱狀圖非常清晰地看出錯誤率，錯誤和正確學生的姓名，便于課后再根據情況一一跟進。當場請一位答題正確學生上來用starC的“隨手寫”功能在主屏PPT上進行講解，隨后教師完善，部分板書呈現。

3.改進反思

筆者先讓學生用Pad上網搜索實驗視頻進行觀看和比較，然后讓學生說出為什么課堂上無法進行演示實驗，引導學生思考，要在我們的starC未來教室演示這個實驗，必須要進行非常嚴格的尾氣吸收處理。學生通過思考改進實驗的各細節問題，進一步掌握硝酸的強氧化性，進一步增強了他們的環保意識。

四、小結

硝酸的實驗經過改進后還是很順利地能在多媒體教室中完成，多媒體網絡的技術設備也讓學生充分展示主體參與性，培養了他們的創造性、批判性思維，并且讓學生在設計實驗和操作實驗時要有環保意識。尾氣處理，氮氧化物的吸收學生本是不知道的，在未來教室可以立即查閱，和同學一起研究研討，然后再改進自己的實驗，這是傳統教室無法做到的，完全可以將化學實驗的污染、腐蝕、毒害的軟肋變成優勢。

在未來教室進行化學探究實驗教學，讓學生充分發展他們的能力可能需要更多的時間，一節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

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