信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)融合的實(shí)踐研究

陳文婷

摘要：以“弱電解質(zhì)的電離平衡”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，將信息技術(shù)融合入化學(xué)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)下的課堂轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);信息技術(shù);翻轉(zhuǎn)課堂

文章編號(hào)：1008-0546（2019）10-0081-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.022

一、問題提出的背景

課堂是教育的主陣地，知識(shí)的教授、能力的培養(yǎng)、素養(yǎng)的提升都需依靠課堂教學(xué)。順應(yīng)時(shí)代變遷而提出的“核心素養(yǎng)”理念，必將帶來課堂的轉(zhuǎn)型。課堂轉(zhuǎn)型，就是要從教學(xué)目標(biāo)、教與學(xué)的內(nèi)容、教師和學(xué)生的關(guān)系、教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面實(shí)現(xiàn)觀念和教學(xué)策略、方式方法的轉(zhuǎn)變。信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合是中學(xué)化學(xué)教學(xué)方式的新變革，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字實(shí)驗(yàn)儀器、教學(xué)軟件等越來越多地被利用于化學(xué)課堂。

翻轉(zhuǎn)課堂是近幾年教育者們關(guān)注較多的教學(xué)模式之一，其基本思路是在信息技術(shù)的環(huán)境中將傳統(tǒng)“課堂傳授知識(shí)，課后完成作業(yè)”的教學(xué)過程徹底翻轉(zhuǎn)過來，學(xué)生在課前通過觀看教學(xué)視頻、查閱資料、與老師同學(xué)在線交流等方式進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí);教師則利用大量課堂時(shí)間與學(xué)生進(jìn)行交流、組織和參與小組活動(dòng)、解答問題、指導(dǎo)學(xué)生完成作業(yè)等等。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，形成了學(xué)生為主體的教學(xué)方式。從課前自主學(xué)習(xí)到課堂上的學(xué)習(xí)，都是在教師的設(shè)計(jì)和操控下進(jìn)行，但教師的角色是“引導(dǎo)”，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的“主體”。目前，翻轉(zhuǎn)課堂越來越受到重視和應(yīng)用。本文以“弱電解質(zhì)的電離平衡”一課為例，進(jìn)行信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)融合的實(shí)踐研究。

二、核心素養(yǎng)下基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教材分析與學(xué)情分析

本節(jié)課選自蘇教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》專題三第一單元第二課時(shí)“弱電解質(zhì)的電離平衡”，內(nèi)容包括弱電解質(zhì)在水溶液中存在的電離平衡、電離平衡常數(shù)及電離度的概念。掌握好弱電解質(zhì)的電離平衡，為接下來學(xué)習(xí)鹽類的水解平衡、沉淀的溶解平衡做好鋪墊。

本單元第一課時(shí)中學(xué)生已經(jīng)掌握了強(qiáng)弱電解質(zhì)的概念及電離方程式的書寫，為學(xué)習(xí)弱電解質(zhì)的電離平衡奠定了一定的基礎(chǔ)。而且在專題二中學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡的相關(guān)知識(shí)，電離平衡是化學(xué)平衡的一種，學(xué)生已經(jīng)具備了分析電離平衡的理論基礎(chǔ)。但是，學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡的認(rèn)識(shí)還停留在靜態(tài)的層面上，對(duì)于動(dòng)態(tài)的平衡還存在認(rèn)識(shí)缺陷，同時(shí)從化學(xué)平衡移動(dòng)遷移到電離平衡移動(dòng)也存在一定的障礙。

2.UMU介紹

本節(jié)翻轉(zhuǎn)課堂采用UMU軟件。UMU是一款新的互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。課堂上有限的時(shí)間內(nèi)互動(dòng)機(jī)會(huì)非常有限，通過UMU可以將現(xiàn)有的課件視頻轉(zhuǎn)化為在線互動(dòng)課程;還可以輕松制作高質(zhì)量微課;可以通過UMU進(jìn)行課程直播，完成后直播視頻就自動(dòng)進(jìn)入知識(shí)庫供日后使用;可發(fā)布問卷，收集受訪者的答案，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。學(xué)生可在電腦端或移動(dòng)設(shè)備終端使用。

3.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過醋酸電離的微觀動(dòng)態(tài)模型，建立醋酸弱電解質(zhì)的電離平衡概念，形成微粒觀。

（2）通過實(shí)驗(yàn)探究方案設(shè)計(jì)，并利用pH傳感器測(cè)定醋酸在不同條件下的pH，認(rèn)識(shí)弱電解質(zhì)電離平衡移動(dòng)的影響因素。認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究物質(zhì)的基本方法，體會(huì)實(shí)驗(yàn)條件控制對(duì)完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)及探究活動(dòng)的作用。發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的好奇心和興趣，養(yǎng)成注重實(shí)證、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（3）通過數(shù)據(jù)的分析，從定量的角度對(duì)弱電解質(zhì)的電離平衡及其影響因素進(jìn)行深度剖析，讓學(xué)生感悟數(shù)據(jù)美的同時(shí)，邏輯推理能力和數(shù)據(jù)運(yùn)用能力得到提升。

4.設(shè)計(jì)思路

新的課程標(biāo)準(zhǔn)提出內(nèi)容要求“認(rèn)識(shí)弱電解質(zhì)在水溶液中存在電離平衡，了解電離平衡常數(shù)的含義?！倍姨岢鐾ㄟ^這塊的教學(xué)“形成并發(fā)展學(xué)生的微粒觀、平衡觀和守恒觀”。

基于課標(biāo)的要求及發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的目的，并結(jié)合學(xué)生存在的問題，本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)放在了弱電解質(zhì)電離平衡的建立、移動(dòng)、電離平衡常數(shù)三個(gè)方面的教學(xué)上。教學(xué)流程如圖1。

5.主要環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)意圖

[主要環(huán)節(jié)1]微課視頻課前學(xué)習(xí)

利用UMU軟件發(fā)布微視頻（回顧弱電解質(zhì)醋酸在溶液中的微粒存在形式、醋酸的電離平衡的形成過程），學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，回答有關(guān)電離平衡的問題并提交答案，教師利用UMU后臺(tái)統(tǒng)計(jì)答案。另外，基于學(xué)生已有平衡移動(dòng)影響因素的知識(shí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生提出使醋酸電離平衡發(fā)生移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方案，匯總學(xué)生的答題情況。

設(shè)計(jì)意圖：第一個(gè)視頻從微觀角度，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)弱電解質(zhì)的電離是一個(gè)可逆過程，離子與分子共同存在，形成“微粒觀”，制作微視頻的時(shí)候也注重了離子與分子的數(shù)量比例，讓學(xué)生觀察得出電離是微弱的。第二個(gè)視頻，在第一個(gè)視頻的基礎(chǔ)上，引出電離平衡的建立過程，并講解電離平衡的特征“動(dòng)、等、逆、定、變”，得出了醋酸的電離方程式CH3COOH≒CH3COO-+W。接著引導(dǎo)學(xué)生思考問題1“改變什么條件可破壞此電離平衡？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？”問題2“如何測(cè)定條件改變后，平衡移動(dòng)了？”讓學(xué)生對(duì)電離平衡及移動(dòng)有初步的認(rèn)識(shí)和思考。

[主要環(huán)節(jié)2]課堂教學(xué)之情境創(chuàng)設(shè)激發(fā)興趣

血液中的電離平衡：正常血液的pH范圍為7.357.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒HzCO3≒H+HCOg。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就會(huì)有生命危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生感受到化學(xué)在生活中的應(yīng)用，化學(xué)其實(shí)離我們并不遠(yuǎn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)電離平衡移動(dòng)的探究興趣。

[主要環(huán)節(jié)3]課堂教學(xué)之問題討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

從血液中存在的電離平衡切人，外界條件改變會(huì)破壞電離平衡。引出醋酸電離平衡移動(dòng)的課前實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。展示學(xué)生在UMU上提交的實(shí)驗(yàn)方案，先由學(xué)生自評(píng)，再互評(píng)。部分學(xué)生提出方案如下：

學(xué)生A：加入NaOH，加入HCI，加入醋酸濃溶液。

學(xué)生B：加入硫酸，加入醋酸鈉。

學(xué)生c：加入NaOH，加熱醋酸溶液。

引導(dǎo)學(xué)生從之前學(xué)過的平衡移動(dòng)的影響因素，分析評(píng)價(jià)自己所提出的方案。總結(jié)出應(yīng)從濃度、溫度（溶液體系中不考慮壓強(qiáng)的影響）兩個(gè)方面改變外界因素，濃度可以從反應(yīng)物濃度增加（加入醋酸固體）、反應(yīng)物濃度降低（加水稀釋）、生成物濃度增加（加入醋酸鈉固體、鹽酸等）、生成物濃度降低（加入NaOH等）這些措施實(shí)現(xiàn)，溫度改變可以通過加熱來實(shí)現(xiàn)。從而明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

繼續(xù)追問：如何判斷平衡移動(dòng)了？學(xué)生提出可通過測(cè)定溶液的pH。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要特征，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用。教師應(yīng)有效地組織和實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的理解，發(fā)展科學(xué)探究的能力。利用學(xué)生自評(píng)和互評(píng)、教師引導(dǎo)，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。而且通過學(xué)生自評(píng)和互評(píng)、教師評(píng)價(jià)，實(shí)施“教一學(xué)一評(píng)一體化”，實(shí)現(xiàn)日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。

[主要環(huán)節(jié)4]課堂教學(xué)之實(shí)驗(yàn)探究交流歸納

經(jīng)過環(huán)節(jié)3學(xué)生探討梳理出了最終的實(shí)驗(yàn)方案，教師補(bǔ)充。分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液

（2）取10mL 1.0tool·L^-1的醋酸溶液

（3）取10mL 0.1too|·L^-1的醋酸溶液，加入少量的醋酸鈉固體

（4）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液，加熱

分別用pH傳感器測(cè)定四份試樣pH，比較數(shù)值大小，并分析電離平衡移動(dòng)方向，及溶液中重要離子濃度的變化趨勢(shì)，填入表1。

告知學(xué)生氫離子濃度與pH的轉(zhuǎn)化關(guān)系。通過數(shù)據(jù)的比較認(rèn)識(shí)到電離平衡的移動(dòng)。尤其引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比分析1.0tool·L^-1和0.1mol·L^-1兩組測(cè)定的pH數(shù)值，雖然濃度稀釋10倍，但是pH的變化并不是1，而是小于1，說明稀釋醋酸溶液，電離平衡正向移動(dòng)。

下面是學(xué)生測(cè)定的部分pH數(shù)據(jù)。（見圖2、圖3、圖4、圖5）

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。結(jié)合信息技術(shù)手段，引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)反應(yīng)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力。讓學(xué)生從定性認(rèn)識(shí)向定量認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變。從數(shù)據(jù)的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的本質(zhì)，更具說服力。

[主要環(huán)節(jié)5]課堂教學(xué)之播放微視頻數(shù)據(jù)說話

播放關(guān)于電離平衡常數(shù)和電離度的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算課本65頁表3-3（本文表2）的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析數(shù)據(jù)規(guī)律，得出結(jié)論：一是溫度不變，電離平衡常數(shù)不變，電離平衡常數(shù)與初始濃度無關(guān);二是醋酸溶液稀釋10倍，氫離子濃度并非原來的1/10，醋酸電離度反而增大，說明“越稀越易電離”。這也與之前pH數(shù)值測(cè)定后的分析結(jié)果是一致的，強(qiáng)化了學(xué)生的理解。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生練習(xí)數(shù)據(jù)分析，比較濃稀酸溶液的電離度和平衡常數(shù)，從數(shù)據(jù)分析的角度再次證明了醋酸電離平衡的存在和移動(dòng)。提高學(xué)生分析數(shù)據(jù)的能力。

[主要環(huán)節(jié)6]遷移提升總結(jié)升華

血液中的電離平衡：正常血液的pH范圍為7.35-7.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒H2CO3≒H+HCO3^-。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就會(huì)有生命危險(xiǎn)。請(qǐng)從弱電解質(zhì)的電離平衡角度解釋上述現(xiàn)象。

請(qǐng)查閱資料并思考（1）嬰兒長(zhǎng)時(shí)間啼哭，會(huì)使體內(nèi)損失大量的CO2，血液的pH升高，導(dǎo)致堿中毒，請(qǐng)用平衡移動(dòng)的原理解釋上述事實(shí)。（2）當(dāng)人受螞蟻叮咬時(shí)，皮膚上會(huì)起小皰，這是因?yàn)槲浵佅蛉梭w注入一種含有蟻酸（甲酸HCOOH）的液體，破壞了人體血液中的酸堿平衡。請(qǐng)用平衡移動(dòng)的原理解釋上述事實(shí)。請(qǐng)大家歸納總結(jié)本課所學(xué)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用，學(xué)習(xí)了電離平衡移動(dòng)的知識(shí)，并進(jìn)行遷移用于解釋其他的平衡。血液中平衡的分析與課的開始相呼應(yīng)，感受化學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，也開闊了學(xué)生的視野。

三、反思

課后筆者與部分學(xué)生進(jìn)行了談話。學(xué)生認(rèn)為課前微視頻的學(xué)習(xí)起到了很好的作用，提前了解本節(jié)課所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，結(jié)合課前的習(xí)題，幫助他們更深入地理解電離平衡這一理論;提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，留有更充裕的時(shí)間，可以更深入、全面地設(shè)計(jì)方案。有了之前一系列的準(zhǔn)備，課堂上的效率更高，加深了對(duì)電離平衡的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也獲得了研究平衡問題的一般方法。而且學(xué)生對(duì)于利用實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的pH來解釋平衡移動(dòng)這部分內(nèi)容印象深刻，覺得數(shù)據(jù)分析促進(jìn)他們更好地理解電離平衡的移動(dòng)。

回顧本節(jié)課的整體教學(xué)，筆者有以下幾點(diǎn)思考。

1.翻轉(zhuǎn)課堂并非單純的課前預(yù)習(xí)。課前視頻的制作和選取均要精心挑選，直指教學(xué)目標(biāo)，而且需要結(jié)合練習(xí)題反饋，練習(xí)題反饋應(yīng)能體現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)和理解的缺漏，暴露出問題，這樣才能在課堂上及時(shí)糾正，提高教學(xué)的時(shí)效性。所以，翻轉(zhuǎn)課堂備課量和強(qiáng)度更大，對(duì)教師的要求更高。

2.本節(jié)課的設(shè)計(jì)主要以學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)為主線，并結(jié)合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在傳統(tǒng)的課堂中，由于時(shí)間的限制，學(xué)生無法充分討論、實(shí)驗(yàn)。翻轉(zhuǎn)課堂的引入，將學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)點(diǎn)和部分的思考提前完成，為重要的討論、思維的引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施等在課堂上預(yù)留出足夠的時(shí)間。

翻轉(zhuǎn)課堂是對(duì)傳統(tǒng)課堂的顛覆，翻轉(zhuǎn)課堂是利用信息技術(shù)促進(jìn)核心素養(yǎng)下課堂轉(zhuǎn)型的大膽嘗試。本教學(xué)設(shè)計(jì)嘗試將這一新穎的教學(xué)模式應(yīng)用于化學(xué)原理的教學(xué)中，提高課堂教學(xué)的效率，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展，例如利用實(shí)驗(yàn)解決化學(xué)問題的能力素養(yǎng)、數(shù)據(jù)分析能力素養(yǎng)等等。當(dāng)然，在教學(xué)中筆者也感到還有很多問題有待改進(jìn)，比如教師的信息技術(shù)能力有限、學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的方法和習(xí)慣還需進(jìn)行指導(dǎo)等。