信息技術對中學化學實驗的支持途徑探究

于海童 陸國志

摘?要：由于傳統(tǒng)化學實驗教學受空間、時間等條件限制，部分實驗不宜（易）在實驗室進行，影響教學質量。為改變這一現(xiàn)狀，提出信息技術與中學化學實驗教學的融合策略，利用信息技術規(guī)避不宜做實驗的操作風險;放大不易做實驗的觀察現(xiàn)象;拓寬不易做實驗的學習廣度。從理念、技術和內容維度入手，推動實驗教學理念與方法技術的改革，促進化學實驗教學向安全、科學、智能化方向發(fā)展。

關鍵詞：信息技術;不宜（易）做實驗;融合

一、 引言

化學是一門以實驗為基礎的科學，化學實驗是學生了解和認識化學世界的重要方式，可以激發(fā)學生的學習興趣，調動學習的積極性。但目前部分實驗受時間和空間的束縛，宏觀、微觀現(xiàn)象不易觀察，或對環(huán)境有污染等諸多問題的限制，形成不宜（易）在實驗室操作的實驗，為合理解決這一問題，教師應加強信息技術與化學實驗教學的融合，促進化學實驗教學向安全、科學、智能化方向發(fā)展。

二、 中學化學不宜（易）做實驗及其教學的弊端

隨著科學技術的不斷進步和教育改革的不斷深入，教育技術也在不斷地發(fā)展，信息技術與化學學科教學的融合也更加緊密，數(shù)字化實驗教學正在改變實驗教學的模式，傳統(tǒng)化學實驗教學也開始顯露出一些不足，課堂教學手段主要是依靠黑板和粉筆，化學實驗儀器和藥品，教學模式基本是“教師演示—學生觀看—學生操作”。在這種教學模式下，化學實驗教學存在諸多問題，例如有些實驗不僅污染環(huán)境，還會對師生的身心健康造成影響;一些實驗現(xiàn)象不便于觀察，導致學生參與度不高，想象力得不到充分發(fā)揮;實驗受條件限制，教師只能以講授原理為主;實驗多為驗證性實驗，缺少探究性實驗等，都不宜（易）在實驗室進行操作與演示。在傳統(tǒng)的教學方法中，教師通常采用展示相關圖片結合講述的方法介紹實驗過程和結論，枯燥的講述無法給學生留下深刻的印象，還會使學生失去學習興趣，班級紀律變得渙散，不易達到教學目標。

三、 信息技術對中學化學實驗及其教學的支持體現(xiàn)

信息社會的到來，對教育產生了巨大的影響，也改變了學生獲取化學知識的方法。過去學生主要通過教師、課本、實驗等教學活動獲得知識，而現(xiàn)在信息技術與化學實驗的融合為學生提供了更方便快捷的學習方法。在教師進行不宜（易）做實驗的教學過程中，使用信息技術手段可以為學生提供圖文并茂、聲影同步、動靜結合的模擬實驗。不僅可以優(yōu)化化學實驗教學過程的理論和實踐，還可以取得1+1>2的教學效果。教師需要充分認識到信息技術與中學化學實驗教學融合的重要性和必要性，并從理念、技術和內容維度入手，充分發(fā)揮信息技術在中學化學實驗教學中的優(yōu)勢作用，能突出教學重點、突破教學難點、提高教學效率，推動中學化學實驗教學的可持續(xù)發(fā)展，促進課堂教學模式和學生學習方式轉變的作用。數(shù)字化實驗系統(tǒng)是在傳統(tǒng)實驗的基礎上，改變實驗觀察的手段，不再僅僅由五官來觀察實驗現(xiàn)象，利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實時傳輸實驗中的各種變量的關系，獲得實驗數(shù)據并由計算機中的相應軟件來觀察實驗現(xiàn)象，記錄和處理實驗數(shù)據。借助于先進的科技成果，對傳統(tǒng)實驗進行更細致的觀察和記錄，完成更多中學化學實驗教學中不宜（易）做實驗，快速準確地檢測實驗對象，讓實驗內容和實驗方法更加豐富。充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。

（一）利用信息技術規(guī)避不宜做實驗的操作風險

化學實驗有別于其他學科的實驗教學，需要教師加強對實驗安全問題的認知。部分化學實驗反應劇烈，若操作不規(guī)范，極易發(fā)生安全事故，而且許多化學藥品具有腐蝕性或刺激性氣味，不僅污染環(huán)境，還對師生身心健康造成影響。因此，為規(guī)避操作失誤帶來的危害，在傳統(tǒng)化學課堂上，常由教師進行演示實驗或只對實驗進行講解，極少讓學生進行操作。而且受時間、空間的限制，有時化學演示實驗不是所有的學生都可以觀察到，導致學生們對實驗的知識只能是一知半解。如進行“氯氣的化學性質”的學習時，氫氣與氯氣充分混合后在光照條件下會爆炸，氯氣是有刺激性氣味的有毒氣體，且爆炸發(fā)生時會對操作者造成傷害。教師通常在通風櫥內進行演示，學生在周圍觀看，但由于空間的限制，無法使每個學生都觀察到操作細節(jié)和實驗現(xiàn)象，不能到達預期的教學效果。如果利用軟件編輯模擬實驗進行展示，不僅可以規(guī)避不宜做實驗的操作風險，還可以提升學生對實驗操作細節(jié)和反應現(xiàn)象和結果的觀察效果，也從綠色化學的方面體現(xiàn)了信息技術和化學實驗教學融合后化學實驗教學的優(yōu)勢。

（二）利用信息技術放大不易做實驗的觀察現(xiàn)象

在化學實驗教學中，由于一些實驗過程反應速率較快，甚至在瞬間發(fā)生，或是反應速率較慢，延續(xù)數(shù)日或更久。學生在實驗室很難清晰地觀察并掌握實驗過程，或是很多微觀結構和現(xiàn)象用肉眼不能直接觀察到。在傳統(tǒng)的化學實驗教學中，教師常采用照片展示實驗過程和現(xiàn)象。但動態(tài)的事物往往比靜態(tài)的事物更能引起學生的注意，更能激發(fā)學生學習的興趣。教師通過實驗模擬軟件進行模擬實驗操作，使靜態(tài)的知識動態(tài)化，使轉瞬即逝的現(xiàn)象緩慢呈現(xiàn)，或利用技術手段將微觀結構放大千萬倍，展示在屏幕上;并能根據學生學習狀態(tài)和接受程度對化學實驗過程進行暫停、延時等操作;對于學生無法理解的環(huán)節(jié)，還可以通過慢放或重復播放讓學生清晰地觀察實驗過程、反應狀態(tài)及變化等情況，較之簡單的口頭講解要形象得多，進而激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率，對于這種不易做化學實驗的教學，使用信息技術與化學實驗教學的融合是任何常規(guī)教學手段都無法比擬的。

（三）利用信息技術拓寬不易做實驗的學習廣度

當教材中涉及化工流程或大型化學實驗等內容時，因條件的限制，不易在實驗室進行操作。如果僅通過教材配圖展示和教師講解，學生由于不具備相關知識的儲備，不易理解實驗原理和流程，只能靠聯(lián)想，那么教學變成簡單的知識識記。若使用動畫模擬生產設備，模擬反應原理和生產流程，增強實驗的可視性和可觀察性。如進行“硫酸的工業(yè)流程”教學時，傳統(tǒng)教學方法是教師展示教學掛圖配合講解，但即使進入硫酸廠進行實地考察，也無法在進行硫酸工業(yè)生產的三個反應釜中觀察反應過程和現(xiàn)象，學習具體原理。如果教師在網絡上下載相關實驗視頻在課上播放，不僅可以幫助學生打開實驗探究思路，總結實驗探究的科學方法，還可以拓展化學實驗學習的廣度。

四、 信息技術對中學化學實驗及其教學的支持探究

當前，大部分中學都配備了多媒體設備，為信息技術和化學實驗教學的融合提供了更大的可能。其中信息技術具有圖像豐富、易表達等特點，非常適合于化學實驗教學中一些不宜（易）做實驗的展示。

在進行人教版必修一第四章第二節(jié)《富集在海水中的元素——氯》的教學時，氯和金屬的反應（氯與鈉、鐵、銅反應），由于實驗量大，且要防止氯氣逸散，屬于課堂不宜做實驗。為解決這一問題，可使用 NOBOOK 化學實驗軟件進行演示實驗。教師可先引導學生根據所學知識自主設計氯與鈉的實驗步驟，進行歸納總結后，使用軟件逐步操作。氯與鐵、銅反應的實驗，可向學生展示教師事先剪輯好的實驗視頻。以不宜做實驗“氯和金屬反應”的教學環(huán)節(jié)為例，通過信息技術和化學實驗教學的融合，可以節(jié)約教學時間，規(guī)避氯氣外溢的風險。向學生滲透綠色化學思想，增強學生環(huán)保意識和學習化學的興趣。

在進行人教版必修四第四章第四節(jié)《金屬的電化學腐蝕與防護》的教學中，介紹電化學保護法時通常以鋼鐵腐蝕為例，但由于鋼鐵腐蝕速率較慢，且受學校實驗條件的限制，屬于化學課堂不易做實驗。在教學時，可以使用NOBOOK軟件來模擬犧牲陽極的陰極保護法和外加電流的陰極保護法兩種情況。還可以通過調整參加反應的離子濃度，使導電性發(fā)生變化，從而控制反應速率，使學生更加直觀地觀察到反應現(xiàn)象，理解反應原理?？梢耘囵B(yǎng)學生創(chuàng)新能力和應用化學知識解決實際問題的能力。

五、 結論

但如若教師過分依賴信息技術，使用網絡視頻和模擬軟件來取代演示實驗和學生實驗，表面上節(jié)約了大量時間，學生失去動手操作實驗的機會。長此以往，學生對化學學習的好奇心受到抑制，探究意識和實驗觀察、操作能力逐漸弱化。且模擬實驗不可擺脫的弊端是虛擬性和固定性，其本質還是接受式學習，只是由“人灌”演變成“機灌”，不利于學生的個性化發(fā)展。所以說，融合信息技術的模擬實驗只是不宜（易）做實驗的替代品，不能完全替代真實的實驗操作。安全易操作、實驗現(xiàn)象明顯的實驗，依舊需要在實驗室進行。

通過利用信息技術與中學化學實驗教學融合的研究和探索，體現(xiàn)數(shù)字化實驗對發(fā)展學生主體性、創(chuàng)造性、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力具有重要意義，達到提高課堂效率，促進教師專業(yè)化發(fā)展的目的。有助于更好地貫徹培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的理念，尤其是證據推理素養(yǎng)中證據的獲得和科學探究活動的開展?，F(xiàn)代信息技術已經引起化學實驗教學的巨大變革，數(shù)字化實驗以其優(yōu)勢在中學化學教學中得以廣泛應用，在中學化學實驗教學實踐中，教師要充分探討信息技術和中學化學實驗教學的融合策略，推動實驗教學理念與方法技術的改革。并從中學化學不宜（易）做實驗的三個維度提出當下信息技術在中學化學實驗教學中存在的問題，充分結合數(shù)字化實驗和實驗內容的特點，合理改進實驗裝置，優(yōu)化實驗過程，突出學生的主體地位，調動學生學習的積極性和主動性，力求對信息技術和中學化學實驗教學的融合的內容做具體性研究，從而找到信息數(shù)字化融合的有效途徑。

逐步實現(xiàn)教學內容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革。充分發(fā)揮信息技術與中學化學實驗教學融合技術的優(yōu)勢，為一線教師教學、為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教學資源。

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作者簡介：

于海童，陸國志，吉林省四平市，吉林師范大學。