虚拟化学实验在溴乙烷的性质教学中的应用探究

常永侠

【摘 要】2019-2020第二学期全国各类学校延迟开学，我们学校从3月2日开始线上教学。化学是以实验为基础的学科，教师在家进行线上教学，家里没有实验药品和实验器材，根本没法完成现实的化学实验。在卤代烃的性质线上教学过程中使用的是NOBOOK虚拟实验来协助完成教学任务，帮助学生建构卤代烃的性质的知识体系，养成化学学科素养。

【关键词】虚拟实验;实验教学;卤代烃的水解反应

一、问题的提出

卤代烃的官能团是卤素原子，可通过烷烃的取代反应及烯烃或炔烃的加成反应来获得，可以在氢氧化钠的水溶液中发生取代反应生成醇，也可以在氢氧化钠的醇溶液中发生消去反应生成烯烃或炔烃。卤代烃常作为有机合成的中间产物，是有机合成的桥梁。卤代烃的性质是高中化学的重要内容，卤代烃的性质是普通高中课程标准实验教科书鲁科版有机化学基础（选修）的第2章第1节有机化学反应类型的重要内容。

在家线上教学，家里没有实验药品和实验器材，根本没法完成现实的化学实验。而且很多有机化合物有毒，有机化学反应速率慢，现象不明显，副反应多等诸多因素，为了帮助学生建构卤代烃的性质的知识体系，养成化学学科素养。虚拟仿真实验软件，具有成本低和安全上的优势也能提供类似现实实验的感官体验，认识实验现象，并且可以进行网络共享，是解决化学实验网课教学这一现实难题的好方法，在卤代烃的性质的线上教学过程中笔者就使用了NOBOOK虚拟实验来协助完成教学任务。

二、什么是虚拟实验

虚拟实验就是在虚拟实验室完成的实验。虚拟实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。由于虚拟实验巨大的发展空间，很多团队或者公司研发了一系列的虚拟实验软件，例如国外出现的实验酸碱滴定法的虚拟实验，PCR虚拟实验室和有机化学数字实验室等。我国对虚拟实验在化学中应用的相关研究集中在：化学虚拟实验平台的构建、化学虚拟实验的系统设计及化学虚拟实验的教学设计等。其中化学虚拟实验平台设计与构建的研巧比例比较大。在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，可进行超越传统实物的实验，使微观实验、危险性实验、高成本实验等成为可能，有利于培养学生的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。

化学实验教学是化学教学的一种十分重要的教学途径，考虑到部分实验的安全性、环保性、经济性、灵活性及教学课时的限制等，虚拟仿真化学实验应运而生，NOBOOK虚拟化学实验室（简称NB化学实验室）是一个教学软件，依托于化学实验的独有系统，通过虚拟、3D效果和自由交互等方式，可呈现出初高中阶段近200多个经典实验。在虚拟化的实验台上，不仅教师可以做演示实验，而且学生也可以自己动手操作;既能做传统的化学实验，也能设计创新实验。

三、实施溴乙烷的取代反应虚拟实验

1.实验用品

仪器：试管（2个）、铁架台（1个）、铁夹（1个）、酒精灯（1个）、火柴（1盒）、长胶头滴管（1个）、pH试纸（若干个）、玻璃棒（1个）。

药品：溴乙烷、氢氧化钠溶液、稀硝酸、硝酸银溶液。

2.实验原理

3.实验步骤

第一步，在虛拟实验室，往试管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氢氧化钠溶液，加热。

第二步，反应一段时间后将试管冷却至室温，用长胶头滴管取适量上层液体于另一个试管中。

第三步，向第二只试管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取点到PH试纸上检测显示酸性后，滴加硝酸银溶液，观察实验现象。

四、虚拟实验的实验现象及分析

1.往试管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氢氧化钠溶液，加热。溶液分层，油层在下层，因为溴乙烷的密度比水的密度大又不溶于水，溴乙烷所以与水溶液混合后会分层，溴乙烷在下层。

2.加热是为了加快溴乙烷的水解反应速率。溴乙烷在碱性条件下水解生成的乙醇和溴化钠都是溶于水的，但是没有水解的溴乙烷在下层，所以取上层溶液于试管中。

3.向第二只试管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取点到PH试纸上检测显示酸性后，滴加硝酸银溶液，观察实验现象。因为硝酸银溶液能和碱反应对本实验有干扰，所以在加硝酸银溶液前用稀硝酸调节溶液的酸碱性，用PH试纸上检测显示酸性后，滴加硝酸银溶液，有黄色沉淀生成原理是AgNO3+NaBr=AgBr↓+NaNO3。

五、虚拟实验在卤代烃的性质实验中的应用评价

1.优点

虚拟实验最大的优点，是可以帮助教师和学生在家里就可以完成化学实验，比如在本节课使用NOBOOK虚拟化学实验可以完成卤代烃的性质相关实验，使学生掌握了卤代烃的性质的相关知识，学生可以建构完整的知识体系，使学生形成化学学科素养。在虚拟实验完成卤代烃的性质实验的教学中，我们也可不受时间和空间的限制，即使没有网络，我们可以提前做好保存下来以备以后随时使用。与真实实验相比，虚拟实验节约资源，对人体和自然环境无害，体现化学实验的绿色化思想。同时虚拟实验用时短效率高。虚拟实验可以让学生随时了解因为不当操作或者药品选择不恰当导致的后果而不至于真正发生危险，并分析问题想办法解决问题。学生也可以利用软件自己进行虚拟实验，熟练实验流程，为真正实物实验奠定基础，同时也可以培养良好的实验习惯，避免现实实验时的一些误操作导致的意外，在强大的软件支持下一些探究性实验也可以让学生进行尝试，提高学习兴趣与培养探究精神，像多个性质实验的组合就可以利用虚拟实验平台使卤代烃的性质综合起来，有利于学生逻辑思维的形成，发散学生思维。

2.不足之处

学生不能实际操作溴乙烷的取代反应实验，存在画面立体感较差、软硬件环境不足，网络传输速度制约，让学生进行自主探究性实验的空间不足受到制约，没有现实实验丰富、鲜活，让学生缺少一种实际的感官体验，教学画面存在延迟卡顿等，与真实实验给学生带来的切实感受还是不一样的。

总之，虚拟技术在中学化学实验教学的应用，具有现实性、交互性、安全性的特点，能够提高学生的自学能力、实验探究能力，是一种很好的辅助教学手段。随着5G网络技术以及VR，AR技术的发展和完善，虚拟技术在教学中定会愈发成熟丰富，必将受到广大师生的青睐。但是，要使其在中学实验教学中充分发挥其辅助教学作用，必须要注意与传统化学实验的有效结合。可以使学生建构完整的相关知识体系，形成化学学科素养，建立起实验兴趣。才有利于培养学生的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识，有利于学生逻辑思维的形成。本文探索了虚拟实验在中学化学实验教学中的应用方法和策略，对中学化学实验教学有着一定的意义。

【参考文献】

[1]张艺馨，赵士博，何子琼，黄锁义.“互联网+”背景下医用化学虚拟仿真实验室建设与探究[J].中国设备工程，2020. （17）：172-173.

[2]付颖寰，初婷婷，闵庆旺，等.现代信息技术手段在有机化学实验教学中的应用研究[J].当代教育实践与教学研究，2020，（11）：7-8.

[3]冯燕，孙鹏，朱凯.虚拟仿真技术在化学教学改革中的作用[J].教育教学论坛，2020，（07）：155-156.

（基金项目：安徽省省级课题：《虚拟实验室在化学实验支持系统中的应用研究》（AH2019145））