為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)插上信息技術(shù)的翅膀

李軍

摘要：信息技術(shù)究竟能為我們的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)做些什么？它為化學(xué)課堂教學(xué)的轉(zhuǎn)型、課堂教學(xué)效益的提升、學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供了怎樣的可能性？文章嘗試從可以運(yùn)用于課堂教學(xué)的信息技術(shù)出發(fā)，闡述信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的方法與策略。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；信息技術(shù)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（2014）03-0090-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)科學(xué)的基本特征，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要特性，化學(xué)實(shí)驗(yàn)既是化學(xué)課程的重要內(nèi)容，又是化學(xué)思想的重要體現(xiàn)，更是化學(xué)學(xué)習(xí)的核心方法。但是，實(shí)驗(yàn)儀器的陳舊化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的簡單化、實(shí)驗(yàn)執(zhí)行方式的教條化、實(shí)驗(yàn)呈示手段的單一化以及實(shí)驗(yàn)展示效果的低效化等，無不制約著實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展，桎梏著實(shí)驗(yàn)方式的推陳出新，阻礙著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)。

一、何去何從——身陷泥淖的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在我市關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問卷調(diào)查中，數(shù)據(jù)顯示，在教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，有10.6%的學(xué)生看不清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有21.9%的學(xué)生只能看到部分實(shí)驗(yàn)，還有19.7%的學(xué)生看不到實(shí)驗(yàn)的完整過程；學(xué)生單獨(dú)實(shí)驗(yàn)時(shí)，有44.7%的人實(shí)驗(yàn)成功率僅為一半；而在問及“對初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議”時(shí)，學(xué)生的回答主要集中在“增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)的數(shù)量”、“提高實(shí)驗(yàn)的趣味性”、“優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的展示方式”等方面。由此表明，無論是實(shí)驗(yàn)的數(shù)量與質(zhì)量，還是實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與形式都已不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

二、柳暗花明——煥發(fā)新生的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

信息技術(shù)是指利用電腦、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)施、軟件工具以及科學(xué)方法，對圖文音像各種信息進(jìn)行獲取、加工、存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用的技術(shù)。就目下而言，主要包括多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、投影技術(shù)，以及近年來迅速崛起的手持技術(shù)等。將信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合，充分發(fā)揮信息技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢，充實(shí)課程的主體內(nèi)容，豐富教學(xué)的執(zhí)行方式，改變教師的角色功能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效益，是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然選擇與必由之路。

1. 基于多媒體技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)

多媒體技術(shù)是將文本、圖像、視頻和音頻等形式的信息，通過計(jì)算機(jī)處理，使多種媒體建立邏輯連接，集成為一個(gè)具有實(shí)時(shí)性和交互性的系統(tǒng)化表現(xiàn)信息的技術(shù)。利用這些技術(shù)將與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息進(jìn)行合理有效的處理，使學(xué)生能清晰地觀察實(shí)驗(yàn)，完整地感知實(shí)驗(yàn)、深刻地理解實(shí)驗(yàn)，精辟地闡述實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)主題情景化。新課程以來，普適學(xué)習(xí)已逐漸為情景學(xué)習(xí)所代替，要求教學(xué)能在具體的問題情景中進(jìn)行，以培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)觀察問題、提煉問題、思考問題和解決問題的能力。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣如此，良好的實(shí)驗(yàn)情景能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生的探究欲望，并為學(xué)生即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究提供思考的介質(zhì)與探究的方向。多媒體技術(shù)不僅滿足了情景化教學(xué)的基本需求，而且，其內(nèi)含的文本、圖像等多種技術(shù)促進(jìn)了情景創(chuàng)設(shè)形式的多元性，其動(dòng)畫等技術(shù)促進(jìn)了情景創(chuàng)設(shè)內(nèi)容趣味性，視頻等技術(shù)促進(jìn)了情景創(chuàng)設(shè)問題的真實(shí)性。

（2）微觀過程形象化?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象只能體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀變化，雖然它能促進(jìn)學(xué)生對物質(zhì)及其變化的認(rèn)識(shí)，但總體而言，這種認(rèn)識(shí)是外顯的、粗略的與淺表的，而深入認(rèn)識(shí)則必須進(jìn)行微觀層面的探索和發(fā)現(xiàn)，多媒體技術(shù)為此提供了可能性。

（3）特殊實(shí)驗(yàn)可視化。一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)常因儀器、藥品或操作的危險(xiǎn)性等林林總總的原因難以在課堂教學(xué)中現(xiàn)場演示，但這些實(shí)驗(yàn)又是必不可少的，它影響學(xué)生認(rèn)知的深度與清晰性。如氯氣的制取實(shí)驗(yàn)，環(huán)境污染大，危險(xiǎn)系數(shù)高，若在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，學(xué)生又不方便進(jìn)行觀察。此時(shí)，便可以利用動(dòng)畫技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，或用視頻技術(shù)錄制實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀看，以達(dá)到教學(xué)目的。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰化。有些實(shí)驗(yàn)雖然能被操作，但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，甚至與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相悖，如果將這些實(shí)驗(yàn)不加處理呈現(xiàn)于學(xué)生眼前，學(xué)生非但不能形成正確認(rèn)知，還可能受到假象的誤導(dǎo)。如氫氣燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，鐵與稀硫酸反應(yīng)的現(xiàn)象等均屬于此類。此時(shí)，除卻可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式避免錯(cuò)誤現(xiàn)象的干擾，也可以輔以多媒體模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行處理。

（5）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)虛擬化。由于教學(xué)時(shí)間的限制，或基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的，有時(shí)無需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，而是重在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。此時(shí)，可以利用各種虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件在電腦上進(jìn)行操作，以完成學(xué)習(xí)任務(wù)。利用軟件自帶的儀器，使用者可以自由搭建實(shí)驗(yàn)裝置、添加藥品、進(jìn)行反應(yīng)。利用軟件提供的數(shù)據(jù)分析工具，使用者還可以定量分析化學(xué)變化中各種物質(zhì)的量的變化。

2. 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)

（1）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的深廣度。自互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)，其承載的信息流量便日益呈現(xiàn)出幾何級數(shù)的增長，業(yè)已成為全球最大的信息資源平臺(tái)，它所包含的化學(xué)資源是化學(xué)教材與其他教輔材料所無法比擬的。這些豐富的信息使得實(shí)驗(yàn)探究的主題更寬泛、內(nèi)容更豐富、方式更自由、途徑更多元、思維更深入、探究更有效。

①網(wǎng)絡(luò)資源促進(jìn)了主題背景的多樣性。原先學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的主題主要來源于課程學(xué)習(xí)主題，而網(wǎng)絡(luò)則使其更具有社會(huì)化與生活化的意義。網(wǎng)絡(luò)上的新聞事件、社會(huì)熱點(diǎn)、民生焦點(diǎn)、奇聞軼事、歷史故事、人物傳記等等都可能蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)信息，都可作為學(xué)生解讀的背景，成為學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的主題，從而拓展了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的渠道、提高了學(xué)生解讀信息的水平，提升了學(xué)生表述問題的能力。

②網(wǎng)絡(luò)資源促進(jìn)了猜想假設(shè)的有效性。學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)探究主題之后，通常憑借自己的已有知識(shí)或生活常識(shí)對問題進(jìn)行猜想與假設(shè)，但是這種方式過于狹隘，常常限制了探究的廣度，影響了猜想的合理性。面對沒有深刻認(rèn)識(shí)的情景，學(xué)生往往一籌莫展。而借助網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生通過瀏覽更多的背景素材，查閱更多的專業(yè)知識(shí)，參考更多的思想觀點(diǎn)，并將其進(jìn)行匯總整理，結(jié)合已有知識(shí)，便可以獲得更接近于事實(shí)真相和化學(xué)原理的猜想，提高探究效率。例如，在《植物生長營養(yǎng)液中的主要成分》的實(shí)驗(yàn)探究中，由于對營養(yǎng)液的認(rèn)知不夠，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)檢索了解常見營養(yǎng)液的功能、植物生長所需營養(yǎng)元素等信息，確定營養(yǎng)液中必須含有的元素，知道這些元素在營養(yǎng)液中的存在形式，從而對其成分作出合理猜想，明確實(shí)驗(yàn)探究的方向。endprint

③網(wǎng)絡(luò)資源促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的開放性。具有唯一性的探究實(shí)驗(yàn)易被異化為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，失去探究的本真價(jià)值，弱化學(xué)生的思維過程。他山之石，可以攻玉。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息，參看他人的思維方式與思考途徑，學(xué)生可以跳脫思維定勢，多維度、多層次、更全面地分析問題，以獲得多種思路，設(shè)計(jì)多種方案，并在眾多的選擇中比較和篩選，制訂最終的實(shí)施計(jì)劃。而比較和篩選的過程，無疑能強(qiáng)化對所學(xué)知識(shí)的認(rèn)知，能加強(qiáng)對應(yīng)用方法的感悟，能加深對設(shè)計(jì)方案的理解，升華思考研究的過程。這對于實(shí)驗(yàn)探究的后續(xù)環(huán)節(jié)——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋結(jié)論都具有重要意義。學(xué)生能更正確認(rèn)識(shí)探究實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理，更合理構(gòu)建實(shí)驗(yàn)所用的儀器裝置，更準(zhǔn)確執(zhí)行實(shí)驗(yàn)既定的操作程序，更清晰觀察實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的變化現(xiàn)象，獲得更充分、更真實(shí)的證據(jù)，并系統(tǒng)地應(yīng)用比較、分類、歸納、概括等邏輯思維方法確立起證據(jù)與猜想假設(shè)之間的合理關(guān)系，獲得科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

④網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)促進(jìn)了交流討論的及時(shí)性?；ヂ?lián)網(wǎng)不僅為實(shí)驗(yàn)探究提供了豐富的信息資源，還為其打造了強(qiáng)大的互動(dòng)平臺(tái)。探究實(shí)驗(yàn)通常是具有一定思維難度、設(shè)計(jì)難度和操作難度的課題，在實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生都有可能不期而遇各種障礙，且難以獨(dú)立處理，需要教師和同伴的支持與幫助，網(wǎng)絡(luò)的便捷化通訊極大滿足了該需求。學(xué)生可以將問題發(fā)表在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，使個(gè)人問題轉(zhuǎn)化為公共問題，從而獲得問題解決的思路與方法，并以此為參考，突破自身障礙。此外，這種交流方式也為怯言的學(xué)生提供了一個(gè)安全的心理環(huán)境，使其能勇于表達(dá)自己的思想與情感。

⑤自創(chuàng)軟件豐富了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的多元性。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和在教育領(lǐng)域內(nèi)的廣泛使用，一些教師開始自創(chuàng)各種課件、積件、軟件和微視頻服務(wù)于自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如我市某校王老師自創(chuàng)了教學(xué)游戲軟件供實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)使用。微視頻是新近發(fā)展起來的一種促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的一種微課程形式。其是基于學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合PPT、板書、實(shí)驗(yàn)等將教師精講某個(gè)知識(shí)的片段錄制下來，放在網(wǎng)上供學(xué)生學(xué)習(xí)使用。其特點(diǎn)是目標(biāo)明確、短小精悍且可以重復(fù)觀看。它是學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)與自主化學(xué)習(xí)的重要手段，為課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型——翻轉(zhuǎn)課堂提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3. 基于手持技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)

手持技術(shù)是指在掌上就可以操作的技術(shù)，它是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能與計(jì)算機(jī)連接完成各種后期處理。如教材中的“空氣中氧氣含量的測定”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)操作要求高，干擾因素多，實(shí)驗(yàn)成功率低，易使教學(xué)陷入困境。而用DIS則可以輕松達(dá)成。 利用氧氣傳感器測量白磷（或其他可燃物）在空氣中的燃燒時(shí)，空氣中氧氣含量的變化情況及最終數(shù)值，認(rèn)識(shí)空氣中氧氣的存在及其含量。該實(shí)驗(yàn)還可以用于燃燒條件的學(xué)習(xí)，化學(xué)反應(yīng)中的定量變化學(xué)習(xí)等。再如，初中化學(xué)教學(xué)中，為探究不溶性物質(zhì)在水中是否完全不溶、判斷飽和溶液與不飽和溶液、探究一定量水中氫氧化鈣溶解度隨溫度的變化情況等時(shí)，可以利用電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

4. 基于投影技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)

利用投影技術(shù)可以將實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程清晰地展示在學(xué)生眼前，無論是實(shí)驗(yàn)藥品、儀器，還是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，甚至是實(shí)驗(yàn)操作都可以被學(xué)生所感知和認(rèn)識(shí)。這種技術(shù)可以使教師無需在教室里四處走動(dòng)著展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以使學(xué)生無需站著、圍著觀看試驗(yàn)結(jié)果，更可以使實(shí)驗(yàn)的過程連續(xù)而生動(dòng)，從而維持了課堂的良好秩序，節(jié)約了課堂的教學(xué)時(shí)間，延續(xù)了學(xué)生的連續(xù)思維。隨著技術(shù)的發(fā)展，教師們還把低成本、便操作的攝像頭引進(jìn)了課堂，提高了投影技術(shù)使用的效率，降低了使用的成本。在《一氧化碳還原氧化鐵》教學(xué)中，老師還使用了雙攝像頭和相關(guān)軟件，不僅使學(xué)生清晰地觀察了紅棕色粉末和澄清石灰水的變化，還可以隨時(shí)在這兩個(gè)觀察位置進(jìn)行切換（類似電視中畫中畫的效果），加深了學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的印象，促進(jìn)了學(xué)生對該變化本質(zhì)的理解。

5. 基于攝像攝影技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)

利用數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)將重要的教學(xué)素材拍攝下來，并運(yùn)用于課堂教學(xué)，也是信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的重要方式。尤其對于規(guī)范學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作、熟悉重要操作的基本流程等具有重要價(jià)值。如在《學(xué)習(xí)化學(xué)需要進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的學(xué)習(xí)中，將學(xué)生在固、液體藥品的取用、滴管的使用、加熱等基本操作時(shí)真實(shí)的狀態(tài)拍攝下來，并與全班的學(xué)生一起討論和交流。來自于學(xué)生最熟悉的人和事很容易激發(fā)起學(xué)生的認(rèn)知興趣，而自我評價(jià)的方式使學(xué)生能直面自己的學(xué)習(xí)過程，學(xué)會(huì)觀察、分析、評價(jià)與改進(jìn)，并最終提升了學(xué)習(xí)的效益。

三、基于信息技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)的實(shí)施的注意點(diǎn)

與信息技術(shù)整合的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式與效果，但是，這種整合應(yīng)該遵循基本的原則，關(guān)注整合的前提與條件，提升整合的質(zhì)量。

1. 操作實(shí)驗(yàn)的不可替代性

盡管基于信息技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著很多的優(yōu)勢，但是其不能完全代替化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)。這是因?yàn)?，每個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都有自己獨(dú)特的功能和價(jià)值，并且可能綜合體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想、實(shí)驗(yàn)操作的基本流程與操作要點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)論的內(nèi)在聯(lián)系等多個(gè)方面，而模擬實(shí)驗(yàn)卻通常只能體現(xiàn)其中的一個(gè)方面，無法如實(shí)地、整體地反應(yīng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全部面貌。如用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)教學(xué)時(shí)，其更有價(jià)值之處在于其能進(jìn)行整體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，卻無法反映按照該實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的真實(shí)狀況。

2. 模擬實(shí)驗(yàn)的理想性

模擬實(shí)驗(yàn)的制作是基于實(shí)際教學(xué)的需求進(jìn)行的理想化的創(chuàng)造，因此，它必然會(huì)被人為地凸顯某些方面，而忽略其他方面。而在實(shí)際進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，拋開實(shí)驗(yàn)自身的價(jià)值，還常會(huì)出現(xiàn)更多更有價(jià)值的需要學(xué)生進(jìn)行思考與解決的現(xiàn)象與問題，而這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的動(dòng)態(tài)生成資源，被理想化了的模擬實(shí)驗(yàn)是無法做到的。

3. 模擬實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性

模擬實(shí)驗(yàn)必須遵循化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能因?yàn)橐忉屢恍﹩栴}卻又忽略一些問題，這往往會(huì)給模擬實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性產(chǎn)生質(zhì)疑。如，老師經(jīng)常會(huì)用一些模擬實(shí)驗(yàn)去表達(dá)錯(cuò)誤操作可能引起的實(shí)驗(yàn)后果，如一氧化碳還原氧化鐵時(shí)，在解釋為什么操作程序上要做到“一通二點(diǎn)三撤四?！?，常會(huì)模擬試管爆炸等場景，其實(shí)，這樣的處理并不合理，因?yàn)槟承?shí)驗(yàn)后果產(chǎn)生的原因是復(fù)雜而又具有偶然性的。

4. 強(qiáng)化信息技術(shù)的整合性

教師應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)在教育上的應(yīng)用并不完善。因此，首先要求教師在整個(gè)教學(xué)過程中應(yīng)明確信息技術(shù)恰當(dāng)?shù)匚慌c功能，不要無限放大其作用；其次，要理解信息技術(shù)的運(yùn)用是以提高教學(xué)的有效性為目的，一切不能促進(jìn)教學(xué)有效性的技術(shù)都是無無用的；再次，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的類型、功能、特點(diǎn)與教學(xué)目的等，找準(zhǔn)信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的契合點(diǎn)；最后，師生的情感交流才是教學(xué)有效性的保證，才是信息技術(shù)與中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合成功的關(guān)鍵。

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