信息技術破解化學實驗教學的困惑

導語：信息技術破解化學實驗教學的困惑一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】化學實驗教學正面臨直觀性、可讀性、現實性、安全與環保等諸多問題，信息技術的引入，可有效化解實驗困局，完善現行實驗教學，進而推動實驗教學理念與方法技術的改革。

【關鍵詞】信息技術;數字化;整合;破解;實驗教學

化學實驗是學生認識化學世界的重要方式，但在實驗教學中常遇到部分實驗無明顯現象、觀察到的現象無法解釋有關化學實質問題、無法進行實驗室演示、物質的微觀結構與反應歷程難于從教材示意圖片得到理解等，要想從分子、原子水平認識物質的性質及其變化，教材原有的有限實驗和活動方式，已經不能適應當下的教育形勢，學生好奇心強，空間想象能力局限，空洞宣講式教學得不到學生的參與和認可，教學活動成為教師的獨角戲，學生學科素養無法達成。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010～2020)》中指出“整合現有資源，構建先進、高效、實用的數字化教育基礎設施，促進教育內容、教學手段和方法現代化。”因此，包括數字化手段在內的信息技術與實驗教學的整合，是教育改革規劃所導向，是破解單調說教式實驗教學較為現實的措施，可促進化學實驗教學向安全、科學、直觀、智能化發展，利于解決學教障礙，寓教于樂。

一、借用現代信息技術彌補課堂實驗的空缺

1．不便課堂演示實驗的媒體展示。教材中涉及重要化工流程、緩慢反應、有毒和危險的化學實驗，僅援用教材圖示及文字介紹，學生難以理解，只能去猜想，學習變成簡單識記。若利用網絡資源播放相關化工生產場景圖片、視頻或軟件編制模擬實驗，聲、光、景多維形象感知，較好地激發其參與學教活動的積極性，同時分散了問題的難度，層層推進，符合學生認知規律，讓學生更廣泛走近現代科技，不乏為一種學法引導。如學習“NO2的性質”時，由NO2引起的光化學煙霧能損害人的呼吸系統，甚至危及生命，利用相關軟件制作課件，為學生展示多幅由光化學煙霧所造成污染的畫面以及給人們生命造成的威脅，引起學生的共鳴，使學生對危害有深刻的認識，讓其感知化學與生活息息相關，同時也激發學習化學的求知欲。再如學習濃硫酸稀釋的操作中，介紹其稀釋要放出大量的熱，具有強烈腐蝕性，讓學生思考操作順序，討論如果將水注入濃硫酸中可能產生的后果，然后用軟件模擬液體飛濺的場景及引起的危害，最后在老師指導下，讓學生做濃硫酸稀釋的正確操作實驗，讓學生多層面認識化學實驗，從而更有效地強化學生的實驗安全意識，提升實驗操作技能，呈現更為完善的實驗教學。2．模擬無法觀察的微觀過程。化學變化的本質是構成物質中粒子舊鍵的斷裂與重新組合后形成新鍵，生成新物質。這些微觀變化是用肉眼看不見的，要弄清抽象的反應機理，加深對過程本質的理解，搭建結構與性質之間的關聯性，必須找尋一個可視化通俗易于識別的方式。借助相關軟件分別對原子、分子、離子賦予不同的示意圖符號，并編制呈現過程示意圖，或變化歷程的動畫，特別針對難點和重點細節的重復播放、靜止或放大動態情境，輔以適當解說，形象直觀，變抽象為具體，逼真地模擬實驗過程宏觀變化中的微觀特點，變微觀為直觀，讓學生觀察、體驗、感受化學變化中的微觀過程，易于激發其學習興趣，同時感受現代信息技術的魅力。如酯化反應中酸脫羥基醇脫氫、化學鍵的形成、物質的構成等，突破較難理解的科學概念和原理，使微觀世界實體形象化，增強課堂的趣味性，學生容易對知識進行記憶、理解和保持，利于學生從微觀層面理解物質的結構和變化，歸納構建知識原理、結構與性質、用途的網絡體系，形成粒子觀，深層次認識化學反應。

二、數字化實驗破解化學實驗的定量分析

需要定量化學反應中用傳統方法難以測定的相關參數及動態變化時，就需要添加數字化實驗體系(由計算機、傳感器、數據采集器及配套軟件組成)，實現實驗數據信息的及時處理與編輯，具有高精度、高速度以及自動化測量的優點，引領學生進行定量化思考，對實驗數據作出多方面綜合性的分析和處理，理解現象或結論的內在誘因，利于探究情境創設與實驗內容的拓展，培養嚴謹的研學品質，進一步明確微小的量變可能導致物質組成的改變。1．現象不明或反應進程指標不清晰的實驗。許多化學反應沒有明顯的實驗現象，或有現象稍縱即逝，可重復性差，要認識其變化機理、特點和規律，就得借助數字化實驗系統，用傳感器將實驗環境中的重要參數信息提取，并通過計算機配套軟件進行處理轉化為可視圖像，直觀感知反應進程。在實際教學中，如教師常根據溶液顏色的變化說明Cu2+與H2O分子或NH3分子配位作用的強弱，但涉及無色金屬離子和無色配位粒子(如Ca2+與牛血清蛋白質分子)之間的作用，就無法通過顏色變化進行觀測，這時可通過電導率傳感器實驗監測出混合溶液的電導率，并在電腦上準確而直觀地展現出來，反映出反應過程中離子濃度的變化，通過數字化實驗，將抽象概念的不明過程細節可視地呈現，使教學疑惑得到有效化解。2．定量實驗展示。傳統的定量化學實驗受到計量手段的制約而研究范圍狹窄、精確度不高，而且許多反應過程參數無法準確測量，人工數據處理誤差較大，運用概括性的實驗無法推進教學目標的達成，更不用說培養學生的化學核心素養。數字化信息系統(DIS)的化學實驗是具有過程的“可視化”，實驗數據處理呈現“現代化”的特點，傳感器將感應到被測環境物質的溫度、電導率、pH、氣壓等相關化學信息轉變成電信號，再將這種電信號傳到數據采集器中，進行數模轉換與分析，通過計算及相應軟件將實驗結果更科學精確地呈現出來，是一種多功能的實驗手段，既能有效提高實驗教學的針對性，還能培養學生的實驗設計能力，進一步拓展實驗空間，完成特定的實驗，解決傳統實驗瓶頸問題。如探究不同質量的MnO2對H2O2分解制備氧氣的影響，根據簡單的氣泡產生的密集程度很難進行判斷，可根據密閉容器中H2O2分解新增不同量的氧氣壓強不同，用壓強傳感器測出不同質量MnO2催化相同質量的5%H2O2溶液，得到幾組過程壓強變化曲線，容易得出催化劑稍多的產生氧氣速率快些，科學印證猜測的正確性，同時培養學生嚴謹的科學精神，培養其綜合分析與解決問題的能力。

三、新科技新教育的科技儲備

為了更好地適應信息技術帶來的教育教學方式的革命，突破當前化學實驗教學的瓶頸，教師要進行必備的信息技術技能培訓，才能在需要的時候進行有效處理，完善現行實驗教學。如Flash的基本操作、圖片簡單處理技巧、Word文字編輯系統的基本功能應用及幻燈片的編制，以及傳感器有關使用方法等，才能保障所引用材料的科學性與協調性。在學生方面，適時引導進行簡單儀器、過程曲線、粒子示意圖的繪制與相關圖示信息的獲取，使其主動參與互動交流，構建活動式課堂，融教學目標的完成于研討活動之中，進行發散性與創新思維的培養，對較復雜或抽象的化學物質與變化現象，能用簡潔的圖示或化學用語表達，達成學教共識。

四、應用誤區

現在的教師基本都配置了電子白板，附有實物展示臺，有條件的學校注冊有教育網站，資源豐富，課件、視頻應有盡有，似乎軟硬件的改變給教育教學披上一套華麗的外衣，電子教學遍布每一課堂，甚是氣派，幻燈片一晃而過，課堂容量增大，師生也減少吃粉筆灰，從教學引入、過渡、圖片展示、練習、小組活動、小結、反思、談收獲、作業布置等琳瑯滿目。在實際教學中，部分教師過分依耐信息技術，固化人的思維過程，模式化教學方式，實驗教學逐漸被計算機綁架，變成“人機交互”活動，信息技術被濫用。1．機械套用別人的課件。有的人迷信他人作品(微觀動畫、圖片、實例視頻)，費盡心血找來課件，不認真研讀分析，理解其精髓，使用意圖，沒有結合學生實際再重組轉化為自己的東西，程序性播放，過程細節掌握不好，關鍵點或難點的剖析點撥不到位，教師成為點擊鼠標的“操作員”，負責將先預設好的內容一一展示出來，整堂課以屏為中心，生搬硬套，丟掉了自己，學生活動的指向性削弱，沒有深思熟慮的設計，其效果可想而知。2．傳統實驗的粗暴否定。不用任何實驗儀器、裝置和藥品，什么實驗都用信息技術“完成”演示實驗，現象鮮明，結論與理想化一致，和預設一樣，老師省事，可避免準備實驗的勞頓，教學各環節都按預設標準化進行，沒了生成資源，沒了真實實驗的體驗，鮮活的實驗變成冷冰冰的屏幕，探究性學習只是教師的杜撰，學生觀察與動手能力無法培養，面對知識與規律，只得“看來”。或有的老師對現有實驗，不管用不用得上，都引入傳感器之類，將簡潔易懂的傳統實驗復雜化，反而干擾學習，增加學業負擔，久而久之，學生感到繁瑣與乏味，原本盡可能鮮活的課堂被踐踏，失去化學教學依托實驗驗證的基本特色。

綜上所述，化學實驗教學是化學教育的主要形式，信息技術與實驗教學的高層次融合與主動適應，可克服實驗條件的限制，提高化學實驗的可見度，最大限度地發揮實驗的作用，解決傳統實驗不能解決的問題，激活現行課堂教學，能讓學生更全面地認識物質的性質和變化規律，拓展研討內容與方式，彌補課堂實驗的不足，提升實驗的趣味性、觀賞性與準確性，優化實驗教學，構建現代新型高效的實驗教學模式。但必須明確它是一種輔助手段，應用要適時、實用和適度。

【參考文獻】

［1］沈世紅．《數字化實驗用于化學實驗教學的思考》［J］．現代中小學教育，2016(6)

［2］陳琛等．《數字化實驗在化學教學中的應用》［J］．合肥師范學院學報，2018(5)

［3］《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010～2020)》［J］．2010(7)

作者:曹開華 單位:四川省內江市市中區教育科學研究室