浅谈如何运用信息技术创新中学化学实验教学

来源:用户上传      作者:高志丽

　　摘 要：让学生动手操作化学实验，培养其动手能力、化学实验能力和创新能力，挖掘学生的科学潜力，是早已达成的共识。但也不能忽视信息技术创新化学实验教学方法。用信息技术可以创新化学实验教学方法，创新化学实验情景引入，创新化学实验现象观察，创新化学实验现象分析，创新化学实验规律总结，创新化学实验操作方法，创新化学实验试题教学方法，更好地培养有良好科学素养的时代新人。
　　关键词：信息技术;创新;中小学;化学;实验方法
　　
　　化学是一门实验学科，通过学生动手操作实验，观察实验现象，记录实验数据，归纳、总结实验结论，形成化学规律、理论。这样既遵循化学的认知规律，也能很好地培养学生的动手实践能力，激发学生探究化学的好奇心，提高学生分析、解决问题能力，将学生的创新思维提升为创新能力。
　　但是，化学学科发展状况和教学实际，决定了学生不可能也没必要操作所有化学实验，比如原子的构造理论、泡利原理、洪特规则、洪特规则特例等，现有的实验仪器无法观察到真实的情况，仅仅是一种比较公认的理论模型;考虑到学生安全，一些危险化学实验，比如涉及剧毒药品、强腐蚀性药品、剧烈爆炸实验等等，中学基本都会规避;同类物质的学习，比如做了稀盐酸、稀硫酸使酸碱指示剂变色，稀盐酸、稀硫酸与活泼金属、碱性氧化物、碱、盐反应，这时候可以引导学生归纳总结酸性，并用另外的酸来验证酸性，在此基础上演绎至一种特定的酸具有哪些性质，此时没必要也不可能就每种酸都做一遍类似的实验。
　　用信息技术创新实验教学，弥补现有实验教学的一些问题，显得至关重要。
　　一、 创新化学实验教学方法
　　随着信息技术的发展，在线教育成了一种重要的教育形态，在线教育中化学老师多采用播放实验视频的方式开展实验教学。播放视频的方式除了用于不能随时、随地老师演示和学生动手实验的在线教育;还可以用于复习阶段，帮助学生重温实验的操作要领和实验现象;以及涉及强腐蚀性、剧毒药品，或者反应过于剧烈且有安全隐患，不适宜在教室演示或学生动手操作的实验;反应速度过于缓慢，涉及昂贵药品等不具备在校操作的化学实验等。
　　二、 创新化学实验情景引入
　　在乙炔的制备和性质实验之前，可以创设下列情景。给学生展示天津滨海新区“8·12”瑞海公司危险品仓库燃烧和爆炸现场图片，并讲述：2015年8月12日22时51分46秒，位于天津市滨海新区天津港的瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故。据天津瑞海国际物流官网信息，该公司仓储业务有7类，其中第四类为易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品（硫磺、硝化纤维素、电石、硅钙合金等）。如果你是消防员，在得知你灭火的区域存有电石的情况下，能否直接用水灭火呢？
　　视觉冲击力很强的图片，可以预见的事故造成的巨大财物损失，以及操作不当可能带来的人员伤亡、财物损失，不得不激发学生深层次的思考：电石和水发生反应吗？反应会放出大量热量吗？生成物有什么性质，可燃吗？在空气中会发生爆炸吗？任务角色的强烈责任感，驱动学生产生强烈的学习愿望，仔细观察实验，认真分析实验现象，并从实验中寻求答案。学生也进一步理解了化学学习的重要性，更好地激励其學好化学。
　　三、 创新化学实验现象观察
　　教学实际决定了演示实验和学生实验通常选择现象明显、比较安全、反应速度适中的实验。其他情况，要观察实验现象，则需要创新实验教学方法。
　　（一）学生不易看清现象的化学实验
　　通常情况下，化学实验很难保证全班几十个学生都能观察清楚实验现象。可以在多媒体实物展示台上做实验，将实验现象放大，通过屏幕观察实验现象，这样后排的学生都能观察清楚实验现象。比如，金属钠和水反应的实验，切取黄豆粒大小的金属钠，擦干表面煤油后加入水中。在多媒体实物展示台上演示，全班同学都能观察到：金属钠置于水中后，浮在水面上;金属钠熔化成一个光亮的小球，在水面上迅速游动;往反应后溶液中滴入酚酞，溶液变红;生成的气体可点燃，产生爆鸣声。
　　如果教室里面没有多媒体实物展示台，我们可以模仿制作一个多媒体实物展示台。用手机支架将手机固定在需要观察实验操作或实验现象的上方，通过数据线或者投屏软件，将手机屏幕信息显示在教室多媒体屏幕上。手机离拍摄对象的距离，以将拍摄对象框入手机画面且最大化为准，并且注意学生观察到的画面要横平竖直，不倒不歪。打开手机摄像功能，点击录像，开始实验操作，并进行讲述，就能通过大屏观察到实验操作要领和实验现象。这样拍摄的实验还可以拷贝到教室的多媒体教学系统或者传至班级群中，供学生课后随时、随地复习实验。
　　（二）反应缓慢的化学实验
　　对于反应过于缓慢的实验，可以把全过程拍摄成视频，编辑时提高其播放速度，让缓慢的实验能在合理时间内观察相应的现象，达到教学的目的。比如，次氯酸的遇光分解实验，淀粉在酒曲酶作用下发酵成乙醇，铁钉生锈的对比试验等都可以用这个方法。
　　（三）现象不明显的化学实验
　　有的实验不易观察到明显的实现现象，可借助气压传感器、温度传感器、PH传感器、导电率传感器、数据采集器等技术，达到实验教学的目的。比如用硫酸锰催化草酸和高锰酸钾溶液反应的实验中，溶液颜色变化很明显，但产生气体现象并不明显，我们可以用密闭的两口烧瓶，在一个口的橡皮塞上插入装有硫酸锰的注射器，一个口的橡皮塞插入气体压强传感器，并采集气压值，通过图像展示气压变化情况。加入硫酸锰后，我们观察到随着溶液颜色变浅，气体压强逐渐增大，说明生成了气体。
　　（四）不安全的化学实验
　　有的实验会损坏实验器材，有的药品具有强腐蚀性、剧毒，有的实验现象过于剧烈，甚至发生爆炸，存在安全隐患。这类实验，可以在特殊的环境下，进行拍摄，制作成视频，供学生观看。如果反应过快，可以做成慢动作，利于实验现象的观察。比如，高锰酸钾分解制氧气的实验，如果不在试管口附近放置一团棉花，会出现什么现象？可以选择密封橱中操作实验，并将实验现象拍摄下来，我们观察到高锰酸钾冲至试管口，甚至堵塞导管，使橡皮塞和导管等冲出，甚至发生爆炸。 　　（五）生活中的化学实验
　　化学是一门实验学科，来自生产、生活、前沿科学，也为其服务。用手机的摄像功能记录生活中的化学，能有效激发学生的学习兴趣，也能集众多学生的实验归纳现象，总结规律。有的实验，条件不同，反应情况是不同的，可以将学生分成若干个探究小组，让学生从不同方面进行探究，在此基础上，让学生通过记录的视频进行汇报。这种分工协作的探究实验，能极大地激发学生动手操作实验的兴趣，培养其探究能力，提升其科学素养。比如学习了酸性后，启发学生：生活中你能找到哪些酸？你能做哪些生活中的实验，证明其酸性？学生很容易想到醋酸、柠檬酸、乳酸等，也会跃跃欲试把醋酸加入结了水垢的茶壶中，看看会产生什么效果？切了柠檬的铁刀，如果不洗、擦拭干净，会出现什么现象？发酸了的面团加入小苏打，会怎么样呢？
　　四、 创新化学实验现象分析
　　如果做实验的过程中，把实验都拍摄记录下来，那么在分析实验现象时，如果学生没有想到、说到的，可以就某部分再反复播放，启发学生，这样更能培养学生的思维品质，提高其分析问题、解决问题的能力。比如：能否用碳酸钙中加入稀硫酸制备二氧化碳，把演示实验过程拍摄下来，引导学生观察后思考：刚开始碳酸钙表面产生气泡，随着反应进行，产生的气泡越来越少，直至停止，这是为什么呢？刚开始有气泡产生，说明碳酸钙和稀硫酸能反应生成二氧化碳。什么原因阻碍反应继续进行呢？经过学生反复观察、分析、讨论，发现：生成的硫酸钙微溶于水，附着在碳酸钙表面，阻碍碳酸钙与稀硫酸接触生成二氧化碳，所以不能用碳酸钙与稀硫酸反应制备二氧化碳气体。
　　五、 创新化学实验规律总结
　　在做了金属钠、镁、铝与水反应实验的基础上，总结同一周期金属性递变规律。如果再将相应实验回放，甚至用画中画的方式，将这些实验放在同一屏幕中进行比较，引导学生仔细观察实验，自主总结这三种物质金属性强弱，进而推广到金属性强弱比较的方法，以及同一周期金属性递变规律。类似可用在归纳酸性、碱性、金属性、非金属性，元素周期律，有机同系物性质等等，可以很好地培养学生的归纳推理能力，是培养学生科学素养的重要方式。
　　六、 创新化学实验操作方法
　　VR与3D虚拟仿真技术应用在化学实验中，可以突破时间、空间、器材限制，让学生随时、随地进行化学实验。融学科知识、科学实验、测评等为一体的虚拟智慧教学课堂，将为差异化学习智能推送学习资源。比如学生可以在优课虚拟仿真实验室，自由搭建实验环境，调整实验参数，进行无法在实验室做的强腐蚀性、危险性、不可逆、微观的、抽象的实验。比如可以探索肉眼看不到的原子结构、原子核外电子排布、微观分子运动、化学键的形成和断裂，变抽象为形象，很好地引导学生认识包括微观的整个物质世界;在实验过程中，操作错误，会有提示：“操作错误，可能导致仪器损坏”“操作错误，可能导致爆炸”等，并启发学生思考错误原因，引导其进行纠错。
　　七、 创新化学实验试题教学方法
　　有些化学实验试题，教学难度比较大，需要学生反复领会。可以制作成微课，拷贝到教室的多媒体教学系统或者传到班级群，供学生随时、随地进行课后反复学习、理解。可以将这道题及其解题思路、解答过程制作成PPT，在电脑音频输入接口插入带麦克风的耳机，老师戴上耳机，用EV录屏软件，选择本地录制，视频为播放PPT对应的“全屏录制”，音频为“仅麦克风声音”，老师像平时在多媒体教学系统前给学生讲题一样，边播放PPT边讲解，就可以制作本道实验题的解题思路及解答过程的微课;还可以用手机支架将手机固定在试题上方，调节距离试题的高度以把试题及解答区域框入画面中，且最大化，并保证画面中的内容不倒不歪，横平竖直，在手机的音频输入接口插入带麦克风的耳机，老师戴上耳机，再打开手机的摄像功能并拍摄，和平时给学生个别辅导一样，老师边指示、勾画、圈点、书写，边讲述，这样就能轻松制作这道题的解题思路及解答过程的微课。
　　八、 结束语
　　信息技术可以创新化学实验情景引入，创新化学实验操作方法，创新化学实验现象观察，创新化学实验现象分析，创新化学实验规律总结，创新化学实验教学方法，创新化学实验试题教学方法。学生动手操作實验是培养其动手能力、科学实验能力和创新能力，挖掘学生的科学潜力的重要方式。我们应充分发挥各自优势，创新开展中学化学实验教学，培养良好科学素养的社会主义建设者。
　　参考文献：
　　[1]蔡丁友.优课虚拟仿真实验室在化学实验教学中的应用[J].教育信息技术，2013（6）.
　　[2]邬娇.浅谈信息技术促进高中化学实验教学[J].卷宗，2019（36）.
　　作者简介：高志丽，四川省成都市，四川省电化教育馆。
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