多媒体网络环境中化学实验及教学的改进

曹黎 王伟群

摘要：现代化教育技术在课堂上的应用越来越普遍，成为重要的教学工具。化学作为一门实验科学，实验教学是化学教学的重要教学模式。由于化学实验危险、腐蚀和污染的特性与多媒体网络环境需要的洁净安全的标准产生冲突，让化学实验改进成为了一个很重要的研究方向。文章以“硝酸的性质”在多媒体网络环境一伽毛未来教室中的改进来探讨如何借助信息化技术平台来优化化学探究实验教学，为化学教学服务。

关键词：多媒体网络环境;化学实验教学;实验改进;硝酸性质

文章编号：1008-0546（2019）02-0077-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

随着社会的发展，现代教育技术在教学中发挥着越来越重要的作用，几乎走进了所有的课堂，逐渐成为教学的重要工具、主要平台。多媒体网络环境下的教学对比于一支粉笔一本教材的传统教学模式显示出了很大的优势，能很好地配合教师把抽象的知识以具体、形象的方式输出，学生动用各种感官去接受知识，进而营造出一种生动、高效的学习环境，能更有效地支持学生的个性化学习、课前课后的预复习，更为重要的是这种良好的学习环境能有效促进学生的合作与探究。

多媒体网络教学对化学教学有很大的优化作用，尤其是化学实验教学，很多的教学信息设备，如平板电脑、交互式电子双板、数字化的课桌椅、录播系统及一些教学辅助软件，不仅能让很多危险、污染、微观等等以往不可能在课堂中直接进行的化学实验以视频或动画的方式得以形象、充分地展现，甚至还能比传统课堂更清晰直观地感受实验现象，提高化学实验教学的效率和效果。

但是多媒体网络环境中的化学实验教学的具体应用情况并不像我们想的那样的乐观，因为大部分的化学实验，都有一定的污染、腐蚀、毒害，而在多媒体环境中，设备对污染、腐蚀特别不耐受，除了一些极简单的实验外，很多实验无法走进多媒体教室，使得在这种环境下的化学实验教学受到了很大的局限和冲击。多数情况下，化学实验教学还只能回到传统课堂。

我们想办法改进实验，将污染、危险、腐蚀的情况降到最低甚至完全消失，让它们无压力地走进多媒体教室，且利用多媒体网络环境来优化化学实验课，进而大大提高化学实验教学效果，是非常值得研究的。下面笔者就以“硝酸的性质”的实验教学为例来谈谈其在多媒体网络环境中该如何改进，从而使化学实验教学和多媒体网络环境充分融合，发挥后者于前者的优势。

一、学生的学习分析

1.根据课程标准，学生通过学习对硝酸的化学性质要有了解。教材涉及硝酸性质的知识点有：硝酸的不稳定性和它的强氧化性，且浓和稀的硝酸氧化性不同，受热或见光分解、浓（稀）硝酸和铜、浓硝酸和碳反应的产物比较复杂，是学生在中学化学中遇到的性质最复杂的无机酸。

2.教材在这部分的实验设计较传统：硝酸的不稳定性（浓硝酸见光分解）和硝酸的强氧化性中的浓硝酸与焦炭的反应，教材就是给了一个化学方程式，没有实验的论证和推理。硝酸的强氧化性中的浓、稀硝酸与铜的反应教材给了一个较简单的演示实验，没有尾气处理。实验的相对简单对于学生理解硝酸的分解、硝酸的强氧化性的四个化学反应有一定困难。

3.学生已经在之前的章节里学习了一氧化氮、二氧化氮是有毒气体会对环境造成污染，但并不知道该如何吸收处理这些污染气体，由于没有具体实验支撑，缺乏直观印象，不利于有效形成环境保护意识。

二、设备分析

本堂课采用starC云端一体化学习平台。starC云端一体化学习平台是由国家数字化学习工程技术研究中心研制开发的电子双板课堂教学平台，有云资源、学科工具、交互模块三大技术的支撑。首先，它将传统黑板与电子白板融合，将板书、演算、推理、标注等传统课堂活动回归现代课堂，达到了“随处可写，随时可写”的效果;二是教师可以利用平台提供的学科工具以及原有的学科专用软件将不同的教学内容通过电子双板进行实时显示;三是借助于课堂的信息化环境，通过习题、问题等形式发送至学生的移动终端，教师可以对学生的学习情况进行实时检测并反馈学生的学习结果。本次教学学生分为六个小组，每个小组都配备Pad与教室的交互式电子双板进行有效互动。

三、实验改进及教学实施

1.硝酸的分解实验改进及教学片断

（1）实验改进

由于硝酸分解温度高于它的沸点，造成实验操作的难度，还因其产物中的二氧化氮有毒，会对环境和设备造成污染和损坏，因此教材上没有演示实验。我们按图1增加硝酸的分解实验。

（2）教学片断

【教师提问】（1）硝酸的沸点？（2）硝酸的分解温度？（3）如何操作才能使硝酸分解？（4）产物可能有污染，该如何处理？

【学生运用多媒体】用Pad上网搜索有关硝酸及相关分解产物的性质、对环境的污染情况，然后小组讨论，教師用starC的“发送截屏”功能将设计稿模板发送至学生的Pad上，他们在Pad上设计实验，然后上传到副屏幕。

【教师总结评价】对六组学生的设计对比观摩，请学生互相评价，最后点评，用“随手写”功能在设计作品上批阅，最终定稿（图1）：（夹持装置省略）大试管中加入5mL浓硝酸，放入碎瓷片，点燃酒精灯1加热浓硝酸，待试管内出现大量蒸汽，冷凝导管开始有液体回流时再日点燃酒精灯2加热硝酸蒸气，观察实验现象。

【学生操作】搭建装置并操作实验，用Pad拍摄阶段现象上传屏幕。

【学生观察实验现象】首先看到酒精灯1加热大试管中的浓硝酸后，大试管中充满了“白雾”，然后点燃酒精灯2加热试管中部，大试管中慢慢显示出红棕色来，且越来越深。

【学生分析讨论】酒精灯1加热浓硝酸后，看到的“白雾”是硝酸蒸汽溶于水蒸气后的小液滴，说明硝酸达到了它的沸点开始挥发，如果就这么一直加热下去，那么将达不到实验目的，因为硝酸会不断变成蒸汽而消耗完毕，所以酒精灯2在此时加热试管中部的硝酸蒸汽，让其很快达到分解的温度，看到了红棕色气体即NO₂气体。长直导管可以起到冷凝回流作用，不让污染的产物逸出。根据氧化还原的角度可知道还有O₂的生成，根据元素守恒的角度知道还有H₂O的生成。

【学生运用多媒体】在交互式双板上试着写出方程式并配平，其他学生试着用“随手写”功能批改。

（3）改进反思

笔者在课堂上引导学生先思考教师提出的问题，再让他们带着问题上网搜索硝酸分解的产物性质和污染情况，随后才让其设计实验，制定出实验方案。整个过程通过多媒体的辅助变得非常流畅。精心的考虑尾气吸收环节不仅为多媒体设备增加了保障，也很好地增强了学生的环境保护意识，并且通过多媒体设备能更直观地观察到实验现象，更好地进行师生和生生互动，达到良好的教学效果。

二、硝酸与金属铜反应

1.实验改进

教材上是教师演示实验，没有尾气处理装置，且实验细节不明显。为了让学生更加近距离地观察到实验的细节，以及出于环保角度的考虑，将书上的关于浓（稀）硝酸和Cu的反应实验按图2进行改进，设计成微型实验，让学生分组在小型注射器里观察现象。

2.教学片断

【学生分组实验】分成6组实验

①在三个小烧杯中分别注入少许14mol·L^-1的浓硝酸，3mol·L^-1稀硝酸，6mol·L^-1NaOH溶液。

②用两支已经放好铜片的5mL的注射器分别从小烧杯中吸取浓硝酸和稀硝酸各1mL。

③立即将注射器放入盛有NaOH溶液的烧杯中，观察注射器中铜片的变化，气体的颜色，溶液的颜色，反应的速率。

④将稀硝酸的注射器吸入少量空气，观察其中气体颜色的变化。

⑤处理：观察完毕，实验结束时，向注射器中吸入适量NaOH溶液，小心振荡即可。

【学生观察实验现象】浓硝酸、稀硝酸分别和Cu反应的溶液颜色，气体颜色，反应速率。学生可以看到吸有浓硝酸的那支注射器中铜片上立刻产生大量气泡，出现红棕色气体，溶液迅速变成蓝绿色，气体迅速把溶液压入NaOH溶液中，出现蓝色沉淀。而吸有稀硝酸的那支注射器中铜片上则是慢慢产生少量气泡，气体的颜色是无色的，溶液变成蓝色，一段时间后无色气体把溶液压入NaOH溶液中，出现蓝色沉淀。

【学生运用多媒体】每组学生用Pad拍摄实验现象上传副屏幕，派代表讲解他们的实验成果以及实验过程中的疑问，师生共同探讨。

【教师讲解】吸有浓硝酸的那支注射器中产生的红棕色气体是NO₂，蓝绿色溶液则为Cu²⁺，气体迅速把溶液压入NaOH溶液中，出现蓝色沉淀，进一步验证了Cu²⁺的产生;而吸有稀硝酸的那支注射器中产生的无色气体是NO，蓝色溶液是Cu²⁺，气体迅速把溶液压入NaOH溶液中，出现蓝色沉淀，进一步验证了Cu²⁺的产生。

【师生运用多媒体】用starC的“发送截屏”功能将练习模板发送至学生的Pad上，学生在Pad上完成实验对比表和化学方程式然后上传到副屏幕，教师对六组学生的练习对比观摩，用“随手写”进行批阅和点赞。

3.改进反思

该实验设计成微型实验，可以让学生更近距离清晰地看到实验现象，而且两支注射器中实验现象对比非常明显，可以让学生通过自己实验，讨论思考，充分体会浓（稀）硝酸与铜反应的情况。实验改进后整个实验过程中没有一点污染气体的泄漏，非常符合多媒体教室的环境。另外，用于尾气吸收的装有氢氧化钠溶液的烧杯中的现象的各不相同可以引发学生新的思考。比如有些小组可能出现浓硝酸那支注射器倒吸NaOH溶液的现象，可由学生自己分析由于NO₂与NaOH反应造成外压大于内压而形成。比如有些小组发现气体将CuSO₄溶液压入NaOH溶液后，除了出现蓝色沉淀外，还看见了局部产生黑色固体，可由学生思考后分析是CU（OH）₂受热分解为CuO所致，等等。实验改进后不仅能和多媒体设备完美配合，提高了教学效率和效果，还培养了学生的环保意识和对比学习的能力。

三、浓硝酸与焦炭反应

1.实验改进

由于浓硝酸和焦炭的反应污染性大，教材上也没有教师演示实验安排，我们按图3增加浓硝酸和焦炭反应的实验。

2.教学片断

【演示实验】在广口瓶中装人饱和的澄清石灰水溶液约30mL，在打有小孔的试管中注入14mol·L^-1的浓硝酸约5mL。用热水浴预热试管中的浓硝酸，打开试管上的橡皮塞，将加热至红热的木炭放入试管中，立即塞好橡皮塞。观察现象。

【师生运用多媒体】用starC的“实物展台”把实验展示在交互式双板上，并配合“快速抓拍”功能拍下关键实验现象，在副屏幕上进行讲解，让学生上台分析。

【教师提问】（1）广口瓶中为什么要放入饱和澄清石灰水？（2）为什么要在试管上部打个小孔？

【学生观察实验现象】小试管中焦炭和浓硝酸剧烈反应，在浓硝酸中上下翻滚，红棕色气体充满整个气体，慢慢气体从小孔溢出充满整个广口瓶，摇晃广口瓶，澄清石灰水变浑浊。

【学生分析讨论】红棕色气体是NO₂，澄清石灰水变浑浊说明产生了CO₂，小试管中打小孔是出于环保考虑，让NO₂从小孔出来被澄清石灰水吸收。

【师生运用多媒体】教师用starC的“发送截屏”功能将练习模板发送至学生的Pad上，学生在Pad上完成实验对比表和化学方程式然后上传到副屏幕，教师对六组学生的练习对比观摩，用“随手写”进行批阅和点赞。教师将starC里的“随堂小练”硝酸的性质的选择题发送给学生，学生答好后上传，副屏幕显示柱状图非常清晰地看出错误率，错误和正确学生的姓名，便于课后再根据情况一一跟进。当场请一位答题正确学生上来用starC的“随手写”功能在主屏PPT上進行讲解，随后教师完善，部分板书呈现。

3.改进反思

笔者先让学生用Pad上网搜索实验视频进行观看和比较，然后让学生说出为什么课堂上无法进行演示实验，引导学生思考，要在我们的starC未来教室演示这个实验，必须要进行非常严格的尾气吸收处理。学生通过思考改进实验的各细节问题，进一步掌握硝酸的强氧化性，进一步增强了他们的环保意识。

四、小结

硝酸的实验经过改进后还是很顺利地能在多媒体教室中完成，多媒体网络的技术设备也让学生充分展示主体参与性，培养了他们的创造性、批判性思维，并且让学生在设计实验和操作实验时要有环保意识。尾气处理，氮氧化物的吸收学生本是不知道的，在未来教室可以立即查阅，和同学一起研究研讨，然后再改进自己的实验，这是传统教室无法做到的，完全可以将化学实验的污染、腐蚀、毒害的软肋变成优势。

在未来教室进行化学探究实验教学，让学生充分发展他们的能力可能需要更多的时间，一节课的时间会显得比较仓促，如果给予更多的时间让他们思考的空间更大一些，效果会更好。

参考文献

[1]周新桂.探究教学操作全手册[M].南京：江苏教育出版社，2010：12-26

[2]王祖浩.普通高中化学课程标准实验教科书·化学[M].南京：江苏教育出版社，2016：100-102

[3]金婷婷.starC未来教室在教学中的应用研究[D].武汉：华中师范大学，2015：21-26

[4]罗嘉，基于StarC的初中化学双轨教学模式的探索[J].北学教育，2017，38（11）：57-60