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【摘要】化學(xué)實驗教學(xué)正面臨直觀性、可讀性、現(xiàn)實性、安全與環(huán)保等諸多問題，信息技術(shù)的引入，可有效化解實驗困局，完善現(xiàn)行實驗教學(xué)，進而推動實驗教學(xué)理念與方法技術(shù)的改革。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);數(shù)字化;整合;破解;實驗教學(xué)

化學(xué)實驗是學(xué)生認識化學(xué)世界的重要方式，但在實驗教學(xué)中常遇到部分實驗無明顯現(xiàn)象、觀察到的現(xiàn)象無法解釋有關(guān)化學(xué)實質(zhì)問題、無法進行實驗室演示、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與反應(yīng)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(zhì)的性質(zhì)及其變化，教材原有的有限實驗和活動方式，已經(jīng)不能適應(yīng)當下的教育形勢，學(xué)生好奇心強，空間想象能力局限，空洞宣講式教學(xué)得不到學(xué)生的參與和認可，教學(xué)活動成為教師的獨角戲，學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)無法達成?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2020)》中指出“整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建先進、高效、實用的數(shù)字化教育基礎(chǔ)設(shè)施，促進教育內(nèi)容、教學(xué)手段和方法現(xiàn)代化?！币虼?，包括數(shù)字化手段在內(nèi)的信息技術(shù)與實驗教學(xué)的整合，是教育改革規(guī)劃所導(dǎo)向，是破解單調(diào)說教式實驗教學(xué)較為現(xiàn)實的措施，可促進化學(xué)實驗教學(xué)向安全、科學(xué)、直觀、智能化發(fā)展，利于解決學(xué)教障礙，寓教于樂。

一、借用現(xiàn)代信息技術(shù)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(yīng)、有毒和危險的化學(xué)實驗，僅援用教材圖示及文字介紹，學(xué)生難以理解，只能去猜想，學(xué)習(xí)變成簡單識記。若利用網(wǎng)絡(luò)資源播放相關(guān)化工生產(chǎn)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(fā)其參與學(xué)教活動的積極性，同時分散了問題的難度，層層推進，符合學(xué)生認知規(guī)律，讓學(xué)生更廣泛走近現(xiàn)代科技，不乏為一種學(xué)法引導(dǎo)。如學(xué)習(xí)“NO2的性質(zhì)”時，由NO2引起的光化學(xué)煙霧能損害人的呼吸系統(tǒng)，甚至危及生命，利用相關(guān)軟件制作課件，為學(xué)生展示多幅由光化學(xué)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(xué)生的共鳴，使學(xué)生對危害有深刻的認識，讓其感知化學(xué)與生活息息相關(guān)，同時也激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的求知欲。再如學(xué)習(xí)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(xué)生思考操作順序，討論如果將水注入濃硫酸中可能產(chǎn)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(dǎo)下，讓學(xué)生做濃硫酸稀釋的正確操作實驗，讓學(xué)生多層面認識化學(xué)實驗，從而更有效地強化學(xué)生的實驗安全意識，提升實驗操作技能，呈現(xiàn)更為完善的實驗教學(xué)。2．模擬無法觀察的微觀過程?；瘜W(xué)變化的本質(zhì)是構(gòu)成物質(zhì)中粒子舊鍵的斷裂與重新組合后形成新鍵，生成新物質(zhì)。這些微觀變化是用肉眼看不見的，要弄清抽象的反應(yīng)機理，加深對過程本質(zhì)的理解，搭建結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性，必須找尋一個可視化通俗易于識別的方式。借助相關(guān)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(xiàn)過程示意圖，或變化歷程的動畫，特別針對難點和重點細節(jié)的重復(fù)播放、靜止或放大動態(tài)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(xué)生觀察、體驗、感受化學(xué)變化中的微觀過程，易于激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，同時感受現(xiàn)代信息技術(shù)的魅力。如酯化反應(yīng)中酸脫羥基醇脫氫、化學(xué)鍵的形成、物質(zhì)的構(gòu)成等，突破較難理解的科學(xué)概念和原理，使微觀世界實體形象化，增強課堂的趣味性，學(xué)生容易對知識進行記憶、理解和保持，利于學(xué)生從微觀層面理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和變化，歸納構(gòu)建知識原理、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、用途的網(wǎng)絡(luò)體系，形成粒子觀，深層次認識化學(xué)反應(yīng)。

二、數(shù)字化實驗破解化學(xué)實驗的定量分析

需要定量化學(xué)反應(yīng)中用傳統(tǒng)方法難以測定的相關(guān)參數(shù)及動態(tài)變化時，就需要添加數(shù)字化實驗體系(由計算機、傳感器、數(shù)據(jù)采集器及配套軟件組成)，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)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(yōu)點，引領(lǐng)學(xué)生進行定量化思考，對實驗數(shù)據(jù)作出多方面綜合性的分析和處理，理解現(xiàn)象或結(jié)論的內(nèi)在誘因，利于探究情境創(chuàng)設(shè)與實驗內(nèi)容的拓展，培養(yǎng)嚴謹?shù)难袑W(xué)品質(zhì)，進一步明確微小的量變可能導(dǎo)致物質(zhì)組成的改變。1．現(xiàn)象不明或反應(yīng)進程指標不清晰的實驗。許多化學(xué)反應(yīng)沒有明顯的實驗現(xiàn)象，或有現(xiàn)象稍縱即逝，可重復(fù)性差，要認識其變化機理、特點和規(guī)律，就得借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)，用傳感器將實驗環(huán)境中的重要參數(shù)信息提取，并通過計算機配套軟件進行處理轉(zhuǎn)化為可視圖像，直觀感知反應(yīng)進程。在實際教學(xué)中，如教師常根據(jù)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(zhì)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(dǎo)率傳感器實驗監(jiān)測出混合溶液的電導(dǎo)率，并在電腦上準確而直觀地展現(xiàn)出來，反映出反應(yīng)過程中離子濃度的變化，通過數(shù)字化實驗，將抽象概念的不明過程細節(jié)可視地呈現(xiàn)，使教學(xué)疑惑得到有效化解。2．定量實驗展示。傳統(tǒng)的定量化學(xué)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(yīng)過程參數(shù)無法準確測量，人工數(shù)據(jù)處理誤差較大，運用概括性的實驗無法推進教學(xué)目標的達成，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。數(shù)字化信息系統(tǒng)(DIS)的化學(xué)實驗是具有過程的“可視化”，實驗數(shù)據(jù)處理呈現(xiàn)“現(xiàn)代化”的特點，傳感器將感應(yīng)到被測環(huán)境物質(zhì)的溫度、電導(dǎo)率、pH、氣壓等相關(guān)化學(xué)信息轉(zhuǎn)變成電信號，再將這種電信號傳到數(shù)據(jù)采集器中，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換與分析，通過計算及相應(yīng)軟件將實驗結(jié)果更科學(xué)精確地呈現(xiàn)出來，是一種多功能的實驗手段，既能有效提高實驗教學(xué)的針對性，還能培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力，進一步拓展實驗空間，完成特定的實驗，解決傳統(tǒng)實驗瓶頸問題。如探究不同質(zhì)量的MnO2對H2O2分解制備氧氣的影響，根據(jù)簡單的氣泡產(chǎn)生的密集程度很難進行判斷，可根據(jù)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(zhì)量MnO2催化相同質(zhì)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(chǎn)生氧氣速率快些，科學(xué)印證猜測的正確性，同時培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)精神，培養(yǎng)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(yīng)信息技術(shù)帶來的教育教學(xué)方式的革命，突破當前化學(xué)實驗教學(xué)的瓶頸，教師要進行必備的信息技術(shù)技能培訓(xùn)，才能在需要的時候進行有效處理，完善現(xiàn)行實驗教學(xué)。如Flash的基本操作、圖片簡單處理技巧、Word文字編輯系統(tǒng)的基本功能應(yīng)用及幻燈片的編制，以及傳感器有關(guān)使用方法等，才能保障所引用材料的科學(xué)性與協(xié)調(diào)性。在學(xué)生方面，適時引導(dǎo)進行簡單儀器、過程曲線、粒子示意圖的繪制與相關(guān)圖示信息的獲取，使其主動參與互動交流，構(gòu)建活動式課堂，融教學(xué)目標的完成于研討活動之中，進行發(fā)散性與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，對較復(fù)雜或抽象的化學(xué)物質(zhì)與變化現(xiàn)象，能用簡潔的圖示或化學(xué)用語表達，達成學(xué)教共識。

四、應(yīng)用誤區(qū)

現(xiàn)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(xué)校注冊有教育網(wǎng)站，資源豐富，課件、視頻應(yīng)有盡有，似乎軟硬件的改變給教育教學(xué)披上一套華麗的外衣，電子教學(xué)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(xué)引入、過渡、圖片展示、練習(xí)、小組活動、小結(jié)、反思、談收獲、作業(yè)布置等琳瑯滿目。在實際教學(xué)中，部分教師過分依耐信息技術(shù)，固化人的思維過程，模式化教學(xué)方式，實驗教學(xué)逐漸被計算機綁架，變成“人機交互”活動，信息技術(shù)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(jié)合學(xué)生實際再重組轉(zhuǎn)化為自己的東西，程序性播放，過程細節(jié)掌握不好，關(guān)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(yù)設(shè)好的內(nèi)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(xué)生活動的指向性削弱，沒有深思熟慮的設(shè)計，其效果可想而知。2．傳統(tǒng)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(shù)“完成”演示實驗，現(xiàn)象鮮明，結(jié)論與理想化一致，和預(yù)設(shè)一樣，老師省事，可避免準備實驗的勞頓，教學(xué)各環(huán)節(jié)都按預(yù)設(shè)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(xué)習(xí)只是教師的杜撰，學(xué)生觀察與動手能力無法培養(yǎng)，面對知識與規(guī)律，只得“看來”?；蛴械睦蠋煂ΜF(xiàn)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(tǒng)實驗復(fù)雜化，反而干擾學(xué)習(xí)，增加學(xué)業(yè)負擔，久而久之，學(xué)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(xué)教學(xué)依托實驗驗證的基本特色。

綜上所述，化學(xué)實驗教學(xué)是化學(xué)教育的主要形式，信息技術(shù)與實驗教學(xué)的高層次融合與主動適應(yīng)，可克服實驗條件的限制，提高化學(xué)實驗的可見度，最大限度地發(fā)揮實驗的作用，解決傳統(tǒng)實驗不能解決的問題，激活現(xiàn)行課堂教學(xué)，能讓學(xué)生更全面地認識物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律，拓展研討內(nèi)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(yōu)化實驗教學(xué)，構(gòu)建現(xiàn)代新型高效的實驗教學(xué)模式。但必須明確它是一種輔助手段，應(yīng)用要適時、實用和適度。

【參考文獻】

［1］沈世紅．《數(shù)字化實驗用于化學(xué)實驗教學(xué)的思考》［J］．現(xiàn)代中小學(xué)教育，2016(6)

［2］陳琛等．《數(shù)字化實驗在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用》［J］．合肥師范學(xué)院學(xué)報，2018(5)

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

作者:曹開華 單位:四川省內(nèi)江市市中區(qū)教育科學(xué)研究室