NOBOOK虛擬實驗室在高中化學實驗教學中的應用

王金寶 姜大雨

摘? 要 以乙醇的消去反應為例，采用NOBOOK虛擬實驗室輔助傳統教學的混合式教學，促進學生對理論知識的深化理解，讓學生體驗科學探究的過程，培養學生的科學思維和科學精神。

關鍵詞 高中化學;NOBOOK;電子白板;實驗教學;乙醇;消去反應;虛擬實驗室

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）13-0118-03

1 前言

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學實驗能夠激發學生的探究欲望，開拓學生的思維空間。化學實驗教學應當由驗證性實驗轉變為探究性實驗、封閉式實驗轉變為開放性實驗[1]。目前，由于教學經費緊張、設備不足、部分實驗存在安全隱患等原因，導致大多數實驗課都是教師在黑板上畫實驗。對此，可利用現代信息技術，如借助多媒體設備為學生進行演示，借助虛擬仿真平臺讓學生進行模擬化學實驗，能夠減少實驗對師生健康與環境質量的負面影響，讓學生接觸到傳統教學媒介難以表達清楚的實驗操作和實驗現象[2]。本文以乙醇的消去反應為例，以NOBOOK虛擬實驗室為實驗操作平臺，提供不同的實驗方案，輔助課堂教學，以進一步提升學生的科學探究能力與科學素養，提高學生的課堂積極性與參與感。

2 NOBOOK虛擬實驗室簡介

NOBOOK虛擬實驗室，簡稱NB虛擬實驗室，是虛擬實驗制作工具，可將微觀的實驗現象宏觀化，讓學生通過電子白板動手操作虛擬實驗室，從而獲得豐富的感性認識，深化對理論知識的理解，體驗科學探究的過程。

3 基于NB虛擬實驗室的高中化學實驗教學設計案例：乙醇的消去反應

教學內容分析? 乙醇的消去反應是實驗室制取乙烯的常用方法，將體積比為1：3的乙醇與濃硫酸混合液加熱，將溫度升高到170 ℃來制取乙烯。此實驗中需要大量的乙醇和濃硫酸反應試劑，但其產率較低;后續清洗試管困難;產物里含有二氧化硫，會污染環境;溫度不易控制并存在一定安全風險;如若加熱時間過長，會造成副產物乙醚產生[3]。因此，可在NB虛擬實驗室里操作此實驗，可以控制溫度，也可重復操作，還能計算出反應前后的用量，環保無污染。

教學目標? 幫助學生掌握乙醇的消去反應原理，并能區分乙醇分子間脫水和分子內脫水的反應條件，學會進行除雜分析;提升自主探究、自主學習的能力;培養學生對化學實驗的興趣，讓學生體驗到使用現代科學技術獲取知識的科技感，培養學生的科學精神和科學思維。

教學方法及活動組織策略? 通過不斷設問、探究，幫助學生拋棄繆見，再設問、再探究，最后分析比較，把單一概念歸納到結論中。教師采用問題引導，讓學生以組內討論、組間會談、自主探究的方式開展整個教學活動;教師演示NB虛擬實驗室中儀器的使用，講述實驗連接和實驗注意事項，讓學生通過模仿教師操作，自主進行實驗探究。教師組織學生設計實驗方案，在電子白板上利用NB虛擬實驗室進行實驗操作，分析實驗現象，進行實驗改進、歸納概括，書寫實驗報告并驗證實驗。課堂活動組織策略如圖1所示。

教學活動過程

1）創設問題情境，確定主題任務。教師提出問題：同學們都知道乙烯可以進行果蔬催熟，那你們知道實驗室是如何制取乙烯的嗎？

設計意圖：通過問題引出主題任務——乙醇的消去反應（實驗室通過乙醇的消去反應制取乙烯），進一步調動起學生對在NB虛擬實驗室進行乙醇消去反應的興趣。

2）講述實驗原理，演示操作流程。教師通過電子白板登錄NB虛擬實驗室，演示操作流程。教師講述本次實驗原

理：在濃硫酸催化的條件下（濃硫酸的作用是做吸水劑和脫水劑），溫度升高到170 ℃;乙醇的消去為β消去，與羥基相連的碳原子為α碳，與氫相連碳原子為β碳，在發生反應過程中，α碳提供羥基，β碳提供氫，分子內脫去水分子，形成碳碳雙鍵（不飽和），生成乙烯氣體（如圖2所示）;乙烯能夠使溴的四氯化碳溶液和酸性高錳酸鉀溶液褪色（并給出乙醇的沸點）。

3）模擬實驗過程，分組活動探究。學生自主設計實驗方案并預測實驗結果，分組進行操作實驗，組間進行交流討論;教師逐步引導學生，啟發學生積極思考。

初探：如何鑒定乙烯的生成？讓A組學生通過NB虛擬實驗室進行實驗探究。A組學生使用電子白板打開NB虛擬實驗室中的乙醇的消去反應，進行模擬實驗操作：在燒瓶中加入10 ml乙醇和30 ml濃硫酸的混合液，并加入幾片碎瓷片防止爆沸，鼠標點擊電熱套開關進行恒溫170 ℃加熱;觀察燒瓶溫度計示數，將生成氣體的導管先通入酸性高錳酸鉀溶液中（圖3），觀察溫度計示數和實驗現象，整理實驗報告。

【實驗記錄1】當溫度計示數升到140 ℃時，虛擬實驗室界面的燒瓶中顯示了反應方程式???????（圖3），說明乙醇分子間發生脫水反應，產物是乙醚，此反應是取代反應。

【實驗記錄2】當溫度計示數升到170 ℃時，虛擬實驗室界面的燒瓶上顯示了乙醇消去反應的化學方程式（圖4）;但反應了1 min后，虛擬實驗室界面里燒瓶上顯示一個新的反應方程式：

C+2H2SO4（濃）=== CO2↑+2SO2↑+2H2O

圖3現象表明，濃硫酸和乙醇的混合溶液加熱到140 ℃

時產生副反應，為了防止副產物乙醚的產生，需要將溫度迅速升高到170 ℃。圖4現象表明，在反應發生過程中產生CO2和SO2，CO2不影響乙烯的檢驗，只需除去即可;而SO2能使酸性KMnO4溶液褪色，必須再次驗證二氧化硫的存在。

再探：如何檢驗能證明產生SO2氣體？讓B組學生根據A組的過程分析，進一步通過NB虛擬實驗室進行驗證實驗。B組學生使用電子白板打開NB虛擬實驗室，進入新建實驗，點擊實驗裝置背包，再次組裝跟A組相同的反應裝置，并將導管的另一端先通入品紅溶液（驗證是否有SO2產生），然后通入10%的NaOH溶液中（除去CO2和SO2），最后通入品紅溶液（檢測SO2是否除盡），如圖5反應前裝置所示;如果導管最先通入的品紅溶液褪色，需要再次加熱驗證是否恢復紅色，如果恢復紅色，才可驗證有二氧化硫產生。驗證二氧化硫實驗如圖5所示。