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NOBOOK虚拟实验室在高中化学实验教学中的应用

2020-12-23王金宝姜大雨

中国教育技术装备 2020年13期
关键词:虚拟实验室电子白板乙醇

王金宝 姜大雨

摘  要 以乙醇的消去反应为例,采用NOBOOK虚拟实验室辅助传统教学的混合式教学,促进学生对理论知识的深化理解,让学生体验科学探究的过程,培养学生的科学思维和科学精神。

关键词 高中化学;NOBOOK;电子白板;实验教学;乙醇;消去反应;虚拟实验室

中图分类号:G633.8    文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2020)13-0118-03

1 前言

化学是一门以实验为基础的学科,化学实验能够激发学生的探究欲望,开拓学生的思维空间。化学实验教学应当由验证性实验转变为探究性实验、封闭式实验转变为开放性实验[1]。目前,由于教学经费紧张、设备不足、部分实验存在安全隐患等原因,导致大多数实验课都是教师在黑板上画实验。对此,可利用现代信息技术,如借助多媒体设备为学生进行演示,借助虚拟仿真平台让学生进行模拟化学实验,能够减少实验对师生健康与环境质量的负面影响,让学生接触到传统教学媒介难以表达清楚的实验操作和实验现象[2]。本文以乙醇的消去反应为例,以NOBOOK虚拟实验室为实验操作平台,提供不同的实验方案,辅助课堂教学,以进一步提升学生的科学探究能力与科学素养,提高学生的课堂积极性与参与感。

2 NOBOOK虚拟实验室简介

NOBOOK虚拟实验室,简称NB虚拟实验室,是虚拟实验制作工具,可将微观的实验现象宏观化,让学生通过电子白板动手操作虚拟实验室,从而获得丰富的感性认识,深化对理论知识的理解,体验科学探究的过程。

3 基于NB虚拟实验室的高中化学实验教学设计案例:乙醇的消去反应

教学内容分析  乙醇的消去反应是实验室制取乙烯的常用方法,将体积比为1:3的乙醇与浓硫酸混合液加热,将温度升高到170 ℃来制取乙烯。此实验中需要大量的乙醇和浓硫酸反应试剂,但其产率较低;后续清洗试管困难;产物里含有二氧化硫,会污染环境;温度不易控制并存在一定安全风险;如若加热时间过长,会造成副产物乙醚产生[3]。因此,可在NB虚拟实验室里操作此实验,可以控制温度,也可重复操作,还能计算出反应前后的用量,环保无污染。

教学目标  帮助学生掌握乙醇的消去反应原理,并能区分乙醇分子间脱水和分子内脱水的反应条件,学会进行除杂分析;提升自主探究、自主学习的能力;培养学生对化学实验的兴趣,让学生体验到使用现代科学技术获取知识的科技感,培养学生的科学精神和科学思维。

教学方法及活动组织策略  通过不断设问、探究,帮助学生抛弃缪见,再设问、再探究,最后分析比较,把单一概念归纳到结论中。教师采用问题引导,让学生以组内讨论、组间会谈、自主探究的方式开展整个教学活动;教师演示NB虚拟实验室中仪器的使用,讲述实验连接和实验注意事项,让学生通过模仿教师操作,自主进行实验探究。教师组织学生设计实验方案,在电子白板上利用NB虚拟实验室进行实验操作,分析实验现象,进行实验改进、归纳概括,书写实验报告并验证实验。课堂活动组织策略如图1所示。

教学活动过程

1)创设问题情境,确定主题任务。教师提出问题:同学们都知道乙烯可以进行果蔬催熟,那你们知道实验室是如何制取乙烯的吗?

设计意图:通过问题引出主题任务——乙醇的消去反应(实验室通过乙醇的消去反应制取乙烯),进一步调动起学生对在NB虚拟实验室进行乙醇消去反应的兴趣。

2)讲述实验原理,演示操作流程。教师通过电子白板登录NB虚拟实验室,演示操作流程。教师讲述本次实验原

理:在浓硫酸催化的条件下(浓硫酸的作用是做吸水剂和脱水剂),温度升高到170 ℃;乙醇的消去为β消去,与羟基相连的碳原子为α碳,与氢相连碳原子为β碳,在发生反应过程中,α碳提供羟基,β碳提供氢,分子内脱去水分子,形成碳碳双键(不饱和),生成乙烯气体(如图2所示);乙烯能够使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色(并给出乙醇的沸点)。

3)模拟实验过程,分组活动探究。学生自主设计实验方案并预测实验结果,分组进行操作实验,组间进行交流讨论;教师逐步引导学生,启发学生积极思考。

初探:如何鉴定乙烯的生成?让A组学生通过NB虚拟实验室进行实验探究。A组学生使用电子白板打开NB虚拟实验室中的乙醇的消去反应,进行模拟实验操作:在烧瓶中加入10 ml乙醇和30 ml浓硫酸的混合液,并加入几片碎瓷片防止爆沸,鼠标点击电热套开关进行恒温170 ℃加热;观察烧瓶温度计示数,将生成气体的导管先通入酸性高锰酸钾溶液中(图3),观察温度计示数和实验现象,整理实验报告。

【实验记录1】当温度计示数升到140 ℃时,虚拟实验室界面的烧瓶中显示了反应方程式???????(图3),说明乙醇分子间发生脱水反应,产物是乙醚,此反应是取代反应。

【实验记录2】当温度计示数升到170 ℃时,虚拟实验室界面的烧瓶上显示了乙醇消去反应的化学方程式(图4);但反应了1 min后,虚拟实验室界面里烧瓶上显示一个新的反应方程式:

C+2H2SO4(浓)=== CO2↑+2SO2↑+2H2O

图3现象表明,浓硫酸和乙醇的混合溶液加热到140 ℃

时产生副反应,为了防止副产物乙醚的产生,需要将温度迅速升高到170 ℃。图4现象表明,在反应发生过程中产生CO2和SO2,CO2不影响乙烯的检验,只需除去即可;而SO2能使酸性KMnO4溶液褪色,必须再次验证二氧化硫的存在。

再探:如何检验能证明产生SO2气体?让B组学生根据A组的过程分析,进一步通过NB虚拟实验室进行验证实验。B组学生使用电子白板打开NB虚拟实验室,进入新建实验,点击实验装置背包,再次组装跟A组相同的反应装置,并将导管的另一端先通入品紅溶液(验证是否有SO2产生),然后通入10%的NaOH溶液中(除去CO2和SO2),最后通入品红溶液(检测SO2是否除尽),如图5反应前装置所示;如果导管最先通入的品红溶液褪色,需要再次加热验证是否恢复红色,如果恢复红色,才可验证有二氧化硫产生。验证二氧化硫实验如图5所示。

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