信息技术破解化学实验教学的困惑

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【摘要】化学实验教学正面临直观性、可读性、现实性、安全与环保等诸多问题，信息技术的引入，可有效化解实验困局，完善现行实验教学，进而推动实验教学理念与方法技术的改革。

【关键词】信息技术;数字化;整合;破解;实验教学

化学实验是学生认识化学世界的重要方式，但在实验教学中常遇到部分实验无明显现象、观察到的现象无法解释有关化学实质问题、无法进行实验室演示、物质的微观结构与反应历程难于从教材示意图片得到理解等，要想从分子、原子水平认识物质的性质及其变化，教材原有的有限实验和活动方式，已经不能适应当下的教育形势，学生好奇心强，空间想象能力局限，空洞宣讲式教学得不到学生的参与和认可，教学活动成为教师的独角戏，学生学科素养无法达成。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020)》中指出“整合现有资源，构建先进、高效、实用的数字化教育基础设施，促进教育内容、教学手段和方法现代化。”因此，包括数字化手段在内的信息技术与实验教学的整合，是教育改革规划所导向，是破解单调说教式实验教学较为现实的措施，可促进化学实验教学向安全、科学、直观、智能化发展，利于解决学教障碍，寓教于乐。

一、借用现代信息技术弥补课堂实验的空缺

1．不便课堂演示实验的媒体展示。教材中涉及重要化工流程、缓慢反应、有毒和危险的化学实验，仅援用教材图示及文字介绍，学生难以理解，只能去猜想，学习变成简单识记。若利用网络资源播放相关化工生产场景图片、视频或软件编制模拟实验，声、光、景多维形象感知，较好地激发其参与学教活动的积极性，同时分散了问题的难度，层层推进，符合学生认知规律，让学生更广泛走近现代科技，不乏为一种学法引导。如学习“NO2的性质”时，由NO2引起的光化学烟雾能损害人的呼吸系统，甚至危及生命，利用相关软件制作课件，为学生展示多幅由光化学烟雾所造成污染的画面以及给人们生命造成的威胁，引起学生的共鸣，使学生对危害有深刻的认识，让其感知化学与生活息息相关，同时也激发学习化学的求知欲。再如学习浓硫酸稀释的操作中，介绍其稀释要放出大量的热，具有强烈腐蚀性，让学生思考操作顺序，讨论如果将水注入浓硫酸中可能产生的后果，然后用软件模拟液体飞溅的场景及引起的危害，最后在老师指导下，让学生做浓硫酸稀释的正确操作实验，让学生多层面认识化学实验，从而更有效地强化学生的实验安全意识，提升实验操作技能，呈现更为完善的实验教学。2．模拟无法观察的微观过程。化学变化的本质是构成物质中粒子旧键的断裂与重新组合后形成新键，生成新物质。这些微观变化是用肉眼看不见的，要弄清抽象的反应机理，加深对过程本质的理解，搭建结构与性质之间的关联性，必须找寻一个可视化通俗易于识别的方式。借助相关软件分别对原子、分子、离子赋予不同的示意图符号，并编制呈现过程示意图，或变化历程的动画，特别针对难点和重点细节的重复播放、静止或放大动态情境，辅以适当解说，形象直观，变抽象为具体，逼真地模拟实验过程宏观变化中的微观特点，变微观为直观，让学生观察、体验、感受化学变化中的微观过程，易于激发其学习兴趣，同时感受现代信息技术的魅力。如酯化反应中酸脱羟基醇脱氢、化学键的形成、物质的构成等，突破较难理解的科学概念和原理，使微观世界实体形象化，增强课堂的趣味性，学生容易对知识进行记忆、理解和保持，利于学生从微观层面理解物质的结构和变化，归纳构建知识原理、结构与性质、用途的网络体系，形成粒子观，深层次认识化学反应。

二、数字化实验破解化学实验的定量分析

需要定量化学反应中用传统方法难以测定的相关参数及动态变化时，就需要添加数字化实验体系(由计算机、传感器、数据采集器及配套软件组成)，实现实验数据信息的及时处理与编辑，具有高精度、高速度以及自动化测量的优点，引领学生进行定量化思考，对实验数据作出多方面综合性的分析和处理，理解现象或结论的内在诱因，利于探究情境创设与实验内容的拓展，培养严谨的研学品质，进一步明确微小的量变可能导致物质组成的改变。1．现象不明或反应进程指标不清晰的实验。许多化学反应没有明显的实验现象，或有现象稍纵即逝，可重复性差，要认识其变化机理、特点和规律，就得借助数字化实验系统，用传感器将实验环境中的重要参数信息提取，并通过计算机配套软件进行处理转化为可视图像，直观感知反应进程。在实际教学中，如教师常根据溶液颜色的变化说明Cu2+与H2O分子或NH3分子配位作用的强弱，但涉及无色金属离子和无色配位粒子(如Ca2+与牛血清蛋白质分子)之间的作用，就无法通过颜色变化进行观测，这时可通过电导率传感器实验监测出混合溶液的电导率，并在电脑上准确而直观地展现出来，反映出反应过程中离子浓度的变化，通过数字化实验，将抽象概念的不明过程细节可视地呈现，使教学疑惑得到有效化解。2．定量实验展示。传统的定量化学实验受到计量手段的制约而研究范围狭窄、精确度不高，而且许多反应过程参数无法准确测量，人工数据处理误差较大，运用概括性的实验无法推进教学目标的达成，更不用说培养学生的化学核心素养。数字化信息系统(DIS)的化学实验是具有过程的“可视化”，实验数据处理呈现“现代化”的特点，传感器将感应到被测环境物质的温度、电导率、pH、气压等相关化学信息转变成电信号，再将这种电信号传到数据采集器中，进行数模转换与分析，通过计算及相应软件将实验结果更科学精确地呈现出来，是一种多功能的实验手段，既能有效提高实验教学的针对性，还能培养学生的实验设计能力，进一步拓展实验空间，完成特定的实验，解决传统实验瓶颈问题。如探究不同质量的MnO2对H2O2分解制备氧气的影响，根据简单的气泡产生的密集程度很难进行判断，可根据密闭容器中H2O2分解新增不同量的氧气压强不同，用压强传感器测出不同质量MnO2催化相同质量的5%H2O2溶液，得到几组过程压强变化曲线，容易得出催化剂稍多的产生氧气速率快些，科学印证猜测的正确性，同时培养学生严谨的科学精神，培养其综合分析与解决问题的能力。

三、新科技新教育的科技储备

为了更好地适应信息技术带来的教育教学方式的革命，突破当前化学实验教学的瓶颈，教师要进行必备的信息技术技能培训，才能在需要的时候进行有效处理，完善现行实验教学。如Flash的基本操作、图片简单处理技巧、Word文字编辑系统的基本功能应用及幻灯片的编制，以及传感器有关使用方法等，才能保障所引用材料的科学性与协调性。在学生方面，适时引导进行简单仪器、过程曲线、粒子示意图的绘制与相关图示信息的获取，使其主动参与互动交流，构建活动式课堂，融教学目标的完成于研讨活动之中，进行发散性与创新思维的培养，对较复杂或抽象的化学物质与变化现象，能用简洁的图示或化学用语表达，达成学教共识。

四、应用误区

现在的教师基本都配置了电子白板，附有实物展示台，有条件的学校注册有教育网站，资源丰富，课件、视频应有尽有，似乎软硬件的改变给教育教学披上一套华丽的外衣，电子教学遍布每一课堂，甚是气派，幻灯片一晃而过，课堂容量增大，师生也减少吃粉笔灰，从教学引入、过渡、图片展示、练习、小组活动、小结、反思、谈收获、作业布置等琳琅满目。在实际教学中，部分教师过分依耐信息技术，固化人的思维过程，模式化教学方式，实验教学逐渐被计算机绑架，变成“人机交互”活动，信息技术被滥用。1．机械套用别人的课件。有的人迷信他人作品(微观动画、图片、实例视频)，费尽心血找来课件，不认真研读分析，理解其精髓，使用意图，没有结合学生实际再重组转化为自己的东西，程序性播放，过程细节掌握不好，关键点或难点的剖析点拨不到位，教师成为点击鼠标的“操作员”，负责将先预设好的内容一一展示出来，整堂课以屏为中心，生搬硬套，丢掉了自己，学生活动的指向性削弱，没有深思熟虑的设计，其效果可想而知。2．传统实验的粗暴否定。不用任何实验仪器、装置和药品，什么实验都用信息技术“完成”演示实验，现象鲜明，结论与理想化一致，和预设一样，老师省事，可避免准备实验的劳顿，教学各环节都按预设标准化进行，没了生成资源，没了真实实验的体验，鲜活的实验变成冷冰冰的屏幕，探究性学习只是教师的杜撰，学生观察与动手能力无法培养，面对知识与规律，只得“看来”。或有的老师对现有实验，不管用不用得上，都引入传感器之类，将简洁易懂的传统实验复杂化，反而干扰学习，增加学业负担，久而久之，学生感到繁琐与乏味，原本尽可能鲜活的课堂被践踏，失去化学教学依托实验验证的基本特色。

综上所述，化学实验教学是化学教育的主要形式，信息技术与实验教学的高层次融合与主动适应，可克服实验条件的限制，提高化学实验的可见度，最大限度地发挥实验的作用，解决传统实验不能解决的问题，激活现行课堂教学，能让学生更全面地认识物质的性质和变化规律，拓展研讨内容与方式，弥补课堂实验的不足，提升实验的趣味性、观赏性与准确性，优化实验教学，构建现代新型高效的实验教学模式。但必须明确它是一种辅助手段，应用要适时、实用和适度。

【参考文献】

［1］沈世红．《数字化实验用于化学实验教学的思考》［J］．现代中小学教育，2016(6)

［2］陈琛等．《数字化实验在化学教学中的应用》［J］．合肥师范学院学报，2018(5)

［3］《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020)》［J］．2010(7)

作者:曹开华 单位:四川省内江市市中区教育科学研究室