虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)在溴乙烷的性質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用探究

常永俠

【摘 要】2019-2020第二學(xué)期全國(guó)各類學(xué)校延遲開(kāi)學(xué)，我們學(xué)校從3月2日開(kāi)始線上教學(xué)?；瘜W(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教師在家進(jìn)行線上教學(xué)，家里沒(méi)有實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)器材，根本沒(méi)法完成現(xiàn)實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在鹵代烴的性質(zhì)線上教學(xué)過(guò)程中使用的是NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)協(xié)助完成教學(xué)任務(wù)，幫助學(xué)生建構(gòu)鹵代烴的性質(zhì)的知識(shí)體系，養(yǎng)成化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);鹵代烴的水解反應(yīng)

一、問(wèn)題的提出

鹵代烴的官能團(tuán)是鹵素原子，可通過(guò)烷烴的取代反應(yīng)及烯烴或炔烴的加成反應(yīng)來(lái)獲得，可以在氫氧化鈉的水溶液中發(fā)生取代反應(yīng)生成醇，也可以在氫氧化鈉的醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)生成烯烴或炔烴。鹵代烴常作為有機(jī)合成的中間產(chǎn)物，是有機(jī)合成的橋梁。鹵代烴的性質(zhì)是高中化學(xué)的重要內(nèi)容，鹵代烴的性質(zhì)是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)魯科版有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修）的第2章第1節(jié)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型的重要內(nèi)容。

在家線上教學(xué)，家里沒(méi)有實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)器材，根本沒(méi)法完成現(xiàn)實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。而且很多有機(jī)化合物有毒，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)速率慢，現(xiàn)象不明顯，副反應(yīng)多等諸多因素，為了幫助學(xué)生建構(gòu)鹵代烴的性質(zhì)的知識(shí)體系，養(yǎng)成化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，具有成本低和安全上的優(yōu)勢(shì)也能提供類似現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的感官體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，是解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)課教學(xué)這一現(xiàn)實(shí)難題的好方法，在鹵代烴的性質(zhì)的線上教學(xué)過(guò)程中筆者就使用了NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)協(xié)助完成教學(xué)任務(wù)。

二、什么是虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)就是在虛擬實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。由于虛擬實(shí)驗(yàn)巨大的發(fā)展空間，很多團(tuán)隊(duì)或者公司研發(fā)了一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，例如國(guó)外出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)酸堿滴定法的虛擬實(shí)驗(yàn)，PCR虛擬實(shí)驗(yàn)室和有機(jī)化學(xué)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室等。我國(guó)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)在化學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)研究集中在：化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建、化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)等。其中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)建的研巧比例比較大。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生既可以在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上動(dòng)手操作，又可自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)行超越傳統(tǒng)實(shí)物的實(shí)驗(yàn)，使微觀實(shí)驗(yàn)、危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)、高成本實(shí)驗(yàn)等成為可能，有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、分析診斷能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的一種十分重要的教學(xué)途徑，考慮到部分實(shí)驗(yàn)的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性及教學(xué)課時(shí)的限制等，虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生，NOBOOK虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)室）是一個(gè)教學(xué)軟件，依托于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)有系統(tǒng)，通過(guò)虛擬、3D效果和自由交互等方式，可呈現(xiàn)出初高中階段近200多個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在虛擬化的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，不僅教師可以做演示實(shí)驗(yàn)，而且學(xué)生也可以自己動(dòng)手操作;既能做傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也能設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

三、實(shí)施溴乙烷的取代反應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)用品

儀器：試管（2個(gè)）、鐵架臺(tái)（1個(gè)）、鐵夾（1個(gè)）、酒精燈（1個(gè)）、火柴（1盒）、長(zhǎng)膠頭滴管（1個(gè)）、pH試紙（若干個(gè)）、玻璃棒（1個(gè)）。

藥品：溴乙烷、氫氧化鈉溶液、稀硝酸、硝酸銀溶液。

2.實(shí)驗(yàn)原理

3.實(shí)驗(yàn)步驟

第一步，在虛擬實(shí)驗(yàn)室，往試管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氫氧化鈉溶液，加熱。

第二步，反應(yīng)一段時(shí)間后將試管冷卻至室溫，用長(zhǎng)膠頭滴管取適量上層液體于另一個(gè)試管中。

第三步，向第二只試管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取點(diǎn)到PH試紙上檢測(cè)顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析

1.往試管中加入10ml溴乙烷，然后加入10ml氫氧化鈉溶液，加熱。溶液分層，油層在下層，因?yàn)殇逡彝榈拿芏缺人拿芏却笥植蝗苡谒?，溴乙烷所以與水溶液混合后會(huì)分層，溴乙烷在下層。

2.加熱是為了加快溴乙烷的水解反應(yīng)速率。溴乙烷在堿性條件下水解生成的乙醇和溴化鈉都是溶于水的，但是沒(méi)有水解的溴乙烷在下層，所以取上層溶液于試管中。

3.向第二只試管中滴加稀硝酸，直至用玻璃棒蘸取點(diǎn)到PH試紙上檢測(cè)顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。因?yàn)橄跛徙y溶液能和堿反應(yīng)對(duì)本實(shí)驗(yàn)有干擾，所以在加硝酸銀溶液前用稀硝酸調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，用PH試紙上檢測(cè)顯示酸性后，滴加硝酸銀溶液，有黃色沉淀生成原理是AgNO3+NaBr=AgBr↓+NaNO3。

五、虛擬實(shí)驗(yàn)在鹵代烴的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

1.優(yōu)點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)，是可以幫助教師和學(xué)生在家里就可以完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如在本節(jié)課使用NOBOOK虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以完成鹵代烴的性質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握了鹵代烴的性質(zhì)的相關(guān)知識(shí)，學(xué)生可以建構(gòu)完整的知識(shí)體系，使學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。在虛擬實(shí)驗(yàn)完成鹵代烴的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，我們也可不受時(shí)間和空間的限制，即使沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，我們可以提前做好保存下來(lái)以備以后隨時(shí)使用。與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)節(jié)約資源，對(duì)人體和自然環(huán)境無(wú)害，體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化思想。同時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)用時(shí)短效率高。虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生隨時(shí)了解因?yàn)椴划?dāng)操作或者藥品選擇不恰當(dāng)導(dǎo)致的后果而不至于真正發(fā)生危險(xiǎn)，并分析問(wèn)題想辦法解決問(wèn)題。學(xué)生也可以利用軟件自己進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，熟練實(shí)驗(yàn)流程，為真正實(shí)物實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可以培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，避免現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)的一些誤操作導(dǎo)致的意外，在強(qiáng)大的軟件支持下一些探究性實(shí)驗(yàn)也可以讓學(xué)生進(jìn)行嘗試，提高學(xué)習(xí)興趣與培養(yǎng)探究精神，像多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的組合就可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使鹵代烴的性質(zhì)綜合起來(lái)，有利于學(xué)生邏輯思維的形成，發(fā)散學(xué)生思維。

2.不足之處

學(xué)生不能實(shí)際操作溴乙烷的取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，存在畫面立體感較差、軟硬件環(huán)境不足，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度制約，讓學(xué)生進(jìn)行自主探究性實(shí)驗(yàn)的空間不足受到制約，沒(méi)有現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)豐富、鮮活，讓學(xué)生缺少一種實(shí)際的感官體驗(yàn)，教學(xué)畫面存在延遲卡頓等，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生帶來(lái)的切實(shí)感受還是不一樣的。

總之，虛擬技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用，具有現(xiàn)實(shí)性、交互性、安全性的特點(diǎn)，能夠提高學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力，是一種很好的輔助教學(xué)手段。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及VR，AR技術(shù)的發(fā)展和完善，虛擬技術(shù)在教學(xué)中定會(huì)愈發(fā)成熟豐富，必將受到廣大師生的青睞。但是，要使其在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分發(fā)揮其輔助教學(xué)作用，必須要注意與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效結(jié)合。可以使學(xué)生建構(gòu)完整的相關(guān)知識(shí)體系，形成化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，建立起實(shí)驗(yàn)興趣。才有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、分析診斷能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)，有利于學(xué)生邏輯思維的形成。本文探索了虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方法和策略，對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著一定的意義。

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（基金項(xiàng)目：安徽省省級(jí)課題：《虛擬實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)實(shí)驗(yàn)支持系統(tǒng)中的應(yīng)用研究》（AH2019145））