摘要：
化学是一门实验科学，实验探究教学是化学教学的重要教学模式。让学生以新知识的探寻者的角色去发现问题、解决问题，可以使他们在习得知识的基础上能应用知识，提高学生的学习能力，培养学生的科学素质，增加化学的实用性。本文以高一化学新课“硝酸的性质”的教学设计为例来探讨如何借助信息化技术平台——starC未来教室来优化化学探究实验教学，为化学教学服务。
关键词：
starC未来教室；化学探究实验；融合；硝酸性质；教学设计；教学反思
starC未来教室是由华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心提出的，在我校投入使用也已数年，未来教室中融合了很多教学信息设备，如在交互中用到的平板、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。从硬件到软件全面覆盖未来教室，并通过硬件与软件的无缝融合营造出一种良好的学习环境。这些功能可更有效的支持学生的个性化学习、非正式学习，促进学生的合作与探究。
高一化学新授课《硝酸的性质》一般在传统教学模式是采用教师理论讲述和演示实验相结合的方式来教授，而硝酸本身的腐蚀性和其反应后的产物具有的污染性使得很多时候该课会以看图说话的形式教授，课本上只有硝酸和铜反应的演示实验，而硝酸的分解和硝酸和碳反应的实验都没有，从而使教学效果和学习兴趣大打折扣，笔者将硝酸的性质带进未来教室，以学生为主体，以实验依据为前提得出结论。学生有效利用交互设备来设计实验、发现问题、探讨分析、得出结论，并且让学生思考在未来教室里如何解决硝酸的腐蚀性问题和产物的污染性问题。
教材分析：
本节教材规定学生应掌握的新的知识有：硝酸的不稳定性和它的强氧化性，以及书写硝酸受热或见光分解、浓（稀）硝酸和铜、浓硝酸和碳反应的化学方程式。
学生已有的和本课内容相关的知识和技能有：NO无色有毒，易与O2反应生成NO2，NO2红棕色有毒，易溶于水生成NO；浓硫酸有强氧化性，能和一些不活泼金属（如铜）反应，生成SO2而不是H2，浓硫酸还能和碳等非金属单质发生氧化还原反应；会书写浓硫酸和铜、碳等反应的化学方程式。
如果学生对上述知识和技能掌握的较好，在老师的组织下，通过设置一些问题启发学生在未来教室环境下（安全无污染）设计实验，让学生通过观察实验现象，经过积极的思维活动，联系已有的知识技能，自行得出结论，且写出相关的化学方程式。
教学设备：
学生在starC未来教室分为6组，每组配一个pad。
教学目标：
1、了解硝酸的物理性质；掌握硝酸的化学性质。
2、培养学生实验能力，观察能力，分析能力，归纳能力及表述能力。
3、以学生为主体，加强师生互动和生生互动，培养学生自主学习的能力。加强学生的环保意识。
教学过程：
1、讲述传说，导入新课
在17世纪的德国，人们把硝酸称为“魔液”，因为它的研制者德国科学家格劳贝尔告诉世人：硝酸能让月亮、金星、火星都溶解于其中，且有只“火烈鸟”隐藏在其中。我们今天就来感受一下它的“魔性”。
【用交互式电子双板展示画面】
2、硝酸物理性质
【将维基百科上硝酸的名片用starc的“发送截屏”功能发送至学生的pad上】
（1）请学生从中找出硝酸的物理性质并填写在学案上。并让学生拿出实验盘里的浓硝酸，扇气入鼻，感受它的刺激性气味。
【板书】硝酸为无色、刺激性气味液体，易挥发。
（2）PPT展示装有“发烟”硝酸的铝槽车侧翻于高速公路的照片，让学生直观的体会硝酸运输保存不当所造成的危害。
3、硝酸的不稳定性
由上面的图片引出硝酸的保存，提问学生在实验室里硝酸保存在什么试剂瓶中？学生从硝酸被保存在棕色试剂瓶可得出硝酸可能有不稳定性，受热见光会分解的结论，让学生设计硝酸分解实验来证实。
学生先思考三个问题再设计实验：（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，教师用starC的“发送截屏”功能将设计稿模板发送至学生的pad上，学生在pad上设计实验，然后上传到副屏幕，教师对六组学生的设计对比观摩，请学生互相评价，最后教师点评，用“随手写”功能在在设计作品上批阅，最终定稿。】
【学生设计】 (夹持装置省略)大试管中加入5 mL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点燃酒精灯2加热硝酸蒸汽，观察实验现象。
【让学生搭建装置并操作实验，用pad拍摄阶段现象上传屏幕，学生根据现象讨论学习，完成分解反应的方程式。】
【观察点】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。
【分析讨论点】让学生讨论，分析出结论：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。
【让学生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。】
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【电子板书】硝酸的不稳定性： 4HNO3 ＝＝ 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
4、硝酸的强氧化性
（1）与金属反应（Cu）
让学生回忆我们前一章学习的硫酸的性质，硫酸和金属Cu反应，和非金属单质C反应都是怎么样的情况？接下来用实验来探究浓（稀）硝酸和Cu，浓硝酸和C反应的情况。
为了让学生更加近距离的观察到实验的细节，以及出于环保角度的考虑，将书上的关于浓（稀）硝酸和Cu的反应实验进行改进，让学生分组在小型注射器里观察现象。
【学生实验】学生分成6组实验
①在三个小烧杯中分别注入少许14 mol.L-1的浓硝酸，3 mol.L-1稀硝酸，6 mol.L-1NaOH溶液。
②用两支已经放好铜片的5 mL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）将稀硝酸那支注射器吸入少量空气，观察其中气体颜色的变化。
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。
【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。】
【观察点】学生要在这个实验中对比浓硝酸、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。
【分析讨论点】吸有浓硝酸的那支注射器中产生的红棕色气体事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。之后注射器中又吸入少量空气后，气体由无色变为红棕色，也进一步验证了无色气体为NO。两支注射器中实验速率的比较非常明显。6个实验小组做出的实验现象还可能有所不同，细节的不同引导学生讨论分析透彻。比如有些小组可能出现浓硝酸那支注射器的倒吸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。让学生根据看到的现象、分析出的结论写出化学方程式，并用已学方法配平方程式，得出氧化剂为HNO3，还原剂为Cu。得出HNO3既起到强氧化性的作用，又起到酸性的作用。
【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】
【板书】 硝酸的强氧化性
Cu + 4HNO3（浓） ＝＝ Cu（NO3）2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3（稀） ＝＝ 3Cu（NO3）2 + 2NO2↑+ 4H2O
（2）与非金属反应（C）
在学习了浓、稀硝酸和金属铜反应的基础上，让学生进一步学习浓硝酸和碳的反应。
【演示实验】在广口瓶中装入饱和的澄清石灰水溶液约30 mL，在打有小孔的试管中注入14 mol.L-1的浓硝酸约5 mL。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。
【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】
学生边观察实验现象边思考主屏幕上展示的两个问题：（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？
【观察点】小试管中C和浓硝酸剧烈反应，C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。
【分析讨论点】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。让学生根据现象写出化学方程式并配平，得出浓硝酸是氧化剂，显示出它的强氧化性。
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【板书】 C + 4HNO3（浓） ＝＝ 4NO2↑+ CO2↑+ 2H2O
4、当堂反馈：
【教师将starC里的“随堂小练”发送硝酸的性质的选择题给学生，学生答好后上传，副屏幕显示柱状图非常清晰的看出错误率，错误和正确学生的姓名，便于课后再根据情况一一跟进。当场请一位正确学生上来用starC的“随手写”功能在主屏PPT上进行讲解，随后教师完善，部分板书呈现】
6、总结反思：
这节课学习的主要内容是硝酸的不稳定性和强氧化性，传统课堂资源相当有限，使得硝酸的性质的学习受到局限，将未来教室的设备带进课堂，可以使探究性实验教学更加能体现出学生主体参与性，培养学生的创造性、批判性思维。但是硝酸的腐蚀性和产物的污染性是未来教室的软肋，因此，让学生在设计实验和操作实验时要有环保意识，注意尾气处理，氮氧化物的吸收学生是不知道的，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，完全可以将这个软肋变成优势。
在starC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】.江苏教育出版社
【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
【4】金婷婷.starC未来教室在教学中的应用研究 【J】.华中师范大学