基于虚拟实验的教学案例研究

南利蕊

摘要：在新课标的指引下，化学实验教学在学生科学探究能力的培养中起到了不可替代的作用。随着我国教育信息化的不断发展，越来越多的信息技术被用于化学实验教学中。本文以氯气的实验室制法的教学为例，引导学生运用虚拟实验平台对实验室制取氯气的仪器进行选择、组装、改进，发挥信息技术在化学实验教学中的助力作用。

关键词：氯气的实验室制法  虚拟实验  信息技术

《普通高中化学课程标准》（2017年版，2020年修订）（以下简称新课标）中明确指出，化学实验是科学探究的一种重要途径。[1]因此，化学学科的实验教学不仅有利于学生深刻理解理论知识，还可以在实验教学过程中培养学生的科学探究思维和能力。[2]但在实际的课堂教学进行时，化学实验会受到诸多因素的限制，并没有有效发挥出其应有的价值，这不仅会影响学生对实验必要性的认知，还会制约学生科学探究思维和能力的发展。[3]但是，随着中国教育信息化的快速发展，越来越多的信息技术被应用于实验教学中。NOBOOK虚拟实验室是一款专用于中小学实验教学的软件，将其应用于化学实验教学中，能够有效突破以往教学在实验平台、空间与条件等方面存在的局限，为学生实验思维与动手操作能力的培养提供充足空间。

1问题的提出

《氯气的实验室制法》是2019人教新版普通高中教科书《化学》必修第一册的第二章第二节《氯及其化合物》的重要组成部分，该实验还是学生进入高中阶段后首次探究的气体制备实验。但是，部分教师在进行本部分的课堂教学时，可能直接把氯气的实验室制法中实验仪器的选择和实验装置的改进当作纯理论知识进行讲述。有的教师可能在进行课堂教学时，给学生演示了实验过程，但是实验装置一般都是提前组装好的，学生自己根本就没有进行过实际操作，这就导致有的学生不仅没有组装实验装置的机会，甚至连基本的实验仪器都不认识，更不要谈在实验教学中进行科学探究过程和提升科学探究能力了。

2 基于虚拟实验的信息技术在氯气的实验室制法教学中的实践

2.1 教学背景分析

2.1.1教学内容分析

氯气的制备实验是学生进入高中阶段后首次探究的气体制备实验，做好此实验，可为后面非金属及其化合物的学习奠定基础，可以更好地完善学生实验室制取气体的思路和方法，提高学生的科学探究能力。

2.1.2学生学情分析

初中阶段，学生已经进行过氧气和二氧化碳气体制取的探究活动，已经初步具备了选择实验室气体制备装置的能力，但是完整的气体制取的装置模型还有待进一步构建。高中生好奇心强，富有求知欲，学生第一次接触 NOBOOK化学虚拟实验室，能够引起其对化学浓厚的学习兴趣，激发学生的创造力和学习积极性，培养学生的科学探究与创新意识。

2.2主要教学过程

2.2.1 深入情境，利用虚拟实验平台对实验室制备氯气的装置进行分析和改进

上节课我们了解了舍勒制备氯气的原理，也是我们现在的实验室制备氯气的原理。根据这个原理，我们在实验室制备氯气时需要什么样的装置呢？

【回答】实验室制氯气应该选择固液加热型的装置作为气体发生装置，向上排空气法。

【追问】为什么要这样选择？依据是什么？

【回答】因为根据反应原理可知该反应是一个固液加热型的反应，所以需要酒精灯加热。因为氯气的密度比空气大，所以可以用向上排空气法，这都是依据物质的物理性质。

设计意图：通过仪器的选择和装置的组装，提高学生的动手操作能力，在组装过程中巩固初中所学知识，明确实验装置的选择依据，进一步加深对氯气性质的认识。

【追问】能不能把生成的氯气直接排放到大气中呢？

【回答】不能，因为氯气有毒，会污染环境，要进行尾气处理。

【追问】怎么处理氯气呢？

【回答】可以选择氢氧化钠溶液来处理氯气。

设计意图：通过尾气处理装置的使用，巩固氯气化学性质的知识，强化学生的环境保护意识。

【提问】你觉得这个装置得到的氯气纯度高吗？可能含有的杂质是什么？如何除去？结合资料信息思考。

【回答】用这个装置得到的氯气不纯净，可能混有HCl和水蒸汽等杂质，需要用饱和食盐水和浓硫酸分别除去这两种杂质。

【追问】所以我们需要在已经组装的装置中添加什么装置呢？

【回答】还需要增加一个除杂装置。

【提问】应该先除去哪种杂质？

【回答】我们需要先除去氯化氢气体，再除去水蒸汽。

设计意图：通过对各个装置的搭建过程，考查学生是否真正理解实验室制取氯气的流程，为得到实验室气体制取的一般装置模型做准备。

2.2.2 模型转化，列出实验室制取气体的一般装置模型

【提问】现在你能不能列出实验室制备气体时一般装置的连接顺序呢？

【书写】发生装置——除杂装置——收集装置——尾气处理装置。

2.2.3回归实验，利用真实仪器搭建装置

现在我们可以利用实验室现有的仪器，对装置进行连接。

【提问】这种装置还可以用来制备什么气体呢？

【回答】这种装置还可以用来制备固体和液体反应时需要加热的气体。

【追问】如果我把加热装置去掉以后，还可以用来制备什么气体？我们利用这样的装置能不能制备氯气呢？

【回答】可以用来制备氢气、二氧化碳等气体。

【视频】播放利用该装置制备氯气的视频。

3结语

在本节课的课堂教学中，借助虚拟实验平台辅助教学，引导学生对该实验所需的仪器进行选择，并自主在虚拟实验平台上对该实验所需的装置进行组装和改进。这种基于虚拟实验的信息技术在化学实验教学中的使用，是对实际操作实验的很好补充，充分调动了学生在整个过程中的自主思考和实验探究的能力，有效提升了学生的科学探究能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版，2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.12.

[2]徐敏虹，陈海锋，郭玉华，等.自制实验教学设备促进学生实践创新能力培养[J]. 化学教育（中英文）， 2021，42（20）： 60-64.

[3]梅继红. 充分发挥学生的主体作用—我的一堂教学实践课[J]. 化学教育（中英文），2005（S1）： 91-92.

（本文为中国化学会化学教育委员会十四五规划课题“基于实验的信息化教学模式对学生化学核心素养培养的研究”阶段性成果）