融合Yenka虛擬實驗與騰訊課堂的教學(xué)實踐*——以“電解原理”為例

徐志鍇

摘要：疫情期間，選擇合適的教學(xué)平臺和開展線上實驗教學(xué)是師生共同關(guān)注的問題。以“電解原理”為例，將Yenka虛擬實驗和騰訊課堂貫穿課前準備、課中教學(xué)、課后提升與評價的線上教學(xué)中，探討如何最大程度地發(fā)揮Yenka虛擬實驗與騰訊課堂兩個平臺各自的優(yōu)勢，從而提高線上教學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：Yenka;騰訊課堂;電解原理;線上教學(xué)

文章編號：1008-0546（2022）07-0043-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.011

一、問題提出

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》（簡稱“新課標”）指出：“鼓勵教師運用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量，強化信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的深度融合，促進教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變;為教師提供交互式多媒體教學(xué)設(shè)備、常用辦公軟件、多媒體制作軟件和即時通信軟件等工具，關(guān)注移動智能網(wǎng)絡(luò)終端、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為代表的個性化學(xué)習(xí)與評價系統(tǒng)的發(fā)展，并適時引入到化學(xué)教學(xué)中。”[1]

2020年和2021年受新冠肺炎疫情影響，為保證疫情防控期間教學(xué)進度和教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”，廣州市各區(qū)各學(xué)校積極開展線上教學(xué)活動。師生身處異地，從傳統(tǒng)課堂到線上教學(xué)，教師需要打破空間地域的束縛，在有限的授課時間內(nèi)快速抓住學(xué)生好奇心，吸引學(xué)生注意力和學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)的有效性。因此，如何選擇合適教學(xué)平臺進行線上教學(xué)、如何在有限時間內(nèi)提高學(xué)生課堂參與度、如何做好從線下到線上的實驗探究轉(zhuǎn)換、如何融合信息化技術(shù)到線上教學(xué)中、如何整合相關(guān)資源實現(xiàn)課堂高效率，這些都是線上教學(xué)中亟待解決的問題。

基于上述思考，以拓展信息技術(shù)應(yīng)用場景和提升線上教學(xué)效果為目標，本文以“電解原理”為例，將Yenka虛擬實驗[2]和騰訊課堂貫穿課前準備、課中教學(xué)、課后提升與評價的線上教學(xué)中，探討Yenka虛擬實驗與騰訊課堂兩者結(jié)合的方式，以求為教育信息化和線上教學(xué)等相關(guān)課程提供借鑒和參考。

二、“雙平臺四要素四維度”線上化學(xué)教學(xué)模式

受疫情影響，廣大一線教師在信息技術(shù)支持下，進行很多的線上教學(xué)新嘗試。焦琳娟探討了線上教學(xué)和線下教學(xué)混融共存的教學(xué)策略及混融式教學(xué)辦法[3]。朱妍以 ZOOM 和釘釘兩大平臺為依托開展國際課程高中化學(xué)教學(xué)實踐[4]。這些案例主要集中在如何最大程度地發(fā)揮線上教學(xué)平臺的優(yōu)勢，然而化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，這些研究中往往缺少結(jié)合實驗平臺構(gòu)建線上教學(xué)模式。為了充分發(fā)揮線上教學(xué)平臺優(yōu)勢，同時彌補因線上教學(xué)對實驗教學(xué)的影響，自疫情發(fā)生以來，筆者在實踐中逐漸建構(gòu)出“雙平臺四要素四維度”的線上化學(xué)教學(xué)模式，如圖1。

其中“雙平臺”指的是Yenka虛擬實驗平臺和騰訊課堂;雙教學(xué)平臺應(yīng)同時具有“四要素”特點，即平臺操作簡單（簡單性）、能實現(xiàn)師生間交流互動（互動性）、盡可能還原教學(xué)課堂和實驗場景（仿真性）和學(xué)生能在空余時間自主操作（自主性）?！八木S度”是指學(xué)生在雙平臺進行線上學(xué)習(xí)能逐漸提升自身的認知深度，實現(xiàn)“經(jīng)驗化認知—規(guī)律化認知—結(jié)構(gòu)化認知—應(yīng)用化認知”，教師通過課前準備研究和了解學(xué)生已有的經(jīng)驗化認知水平，在此基礎(chǔ)上在課中設(shè)計螺旋式發(fā)展的教學(xué)安排，讓學(xué)生實現(xiàn)新舊知識轉(zhuǎn)化與融合，從淺層次的經(jīng)驗化認知到深層次的規(guī)律化認知和結(jié)構(gòu)化認知。課后，學(xué)生結(jié)合生活應(yīng)用場景，學(xué)以致用，最終達到應(yīng)用化認知水平。

三、設(shè)計思路

1.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

電解原理是人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》內(nèi)容，新課標明確指出，本節(jié)內(nèi)容的學(xué)業(yè)要求是能分析、解釋電解池的工作原理，能設(shè)計簡單的電解池。該原理是高中化學(xué)教學(xué)的重點和難點內(nèi)容，也是歷年高考命題的熱門內(nèi)容[5]。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師利用多種實驗素材發(fā)展學(xué)生對電解原理的認識，幫助學(xué)生從能量角度理解電解原理及應(yīng)用，最終提升學(xué)生對電化學(xué)過程的系統(tǒng)認識。此前學(xué)生已經(jīng)掌握電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、氧化還原理論、原電池的相關(guān)知識，同時初步接觸電解水裝置，但該電解裝置是如何工作的、如何從“宏觀—微觀—符號”三個不同角度認識電解池還不清楚，也沒有形成分析電解池的一般思維模型，無法解決真實情境下的問題。

師生時空分離，教與學(xué)的行為不能同步是線上教學(xué)與課堂教學(xué)最本質(zhì)的差異，也是師生間實現(xiàn)互動的最大挑戰(zhàn)。與線下教學(xué)相比，線上教學(xué)無論是教學(xué)環(huán)境和教學(xué)方式，還是師生關(guān)系和信息技術(shù)都發(fā)生了很大改變，導(dǎo)致線上教學(xué)涌現(xiàn)了很多教學(xué)難題：如何掌握課前學(xué)生在線情況？如何加強課中師生間的互動？如何反饋課中的教學(xué)效果？如何鞏固課后學(xué)習(xí)成果？等等。另外，在傳統(tǒng)教學(xué)中，電解實驗不僅受到場地、藥品和儀器等因素制約，還常常因?qū)嶒炦^程中可能產(chǎn)生有毒氣體、現(xiàn)象不明顯、難以進行定量實驗等帶來諸多不便，在疫情期間開展電解實驗更是難上加難。

2.教學(xué)設(shè)計

Yenka虛擬實驗包括多個分支的化學(xué)實驗，如 Classifying Material（物質(zhì)分類）、Reactions and Rate（反應(yīng)速率）、Electrochemistry and Redox Reactions（電化學(xué)與氧化還原反應(yīng)）等，其中電化學(xué)部分包括15個原電池與電解池的相關(guān)實驗。學(xué)生可以在課前、課中或者是課后，學(xué)校或者是家里，隨時隨地進行實驗，突破了時空限制;還可以自主地選擇實驗藥品，自主控制實驗步驟，從而增強學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)變“被動”為“主動”。因此，為了充分發(fā)揮Yenka虛擬實驗和騰訊課堂兩者各自優(yōu)勢，提高線上教學(xué)的效率，本文設(shè)計兩者融合的一般教學(xué)流程，如圖2。

四、教學(xué)實施

1.課前準備

教師提前一周，通過班級微信群發(fā)布Yenka虛擬實驗和騰訊課堂下載地址、安裝方法、注冊方法和軟件操作說明，留出充裕的時間，讓學(xué)生自主摸索兩個軟件的主要功能。由于Yenka軟件操作界面為英文界面，針對這一情況，發(fā)布“中學(xué)化學(xué)專業(yè)名詞中英文對照表”。使用中英文對照表既能激發(fā)學(xué)生興趣和開闊知識面，又能縮短學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，避免學(xué)生看不懂專業(yè)英語詞匯的尷尬。而在每節(jié)課上課前，通過騰訊課堂的簽到功能，實時了解學(xué)生在線情況;經(jīng)過教學(xué)實踐，每節(jié)課課前5 min簽到可達93%以上。

2.課中教學(xué)

結(jié)合新課標要求、學(xué)生思維障礙和線上教學(xué)開展實驗探究的困難，在課堂教學(xué)中精心設(shè)計“舊知新解，初探原理—變換溶液，拓展原理—情境問題，巧用原理”三個教學(xué)環(huán)節(jié)，其中學(xué)科素養(yǎng)層面包括知識主線、問題主線和活動主線，信息技術(shù)層面則包括Yenka虛擬支持和騰訊課堂支持，課中教學(xué)從兩個層面、五個維度展開，其設(shè)計思路和教學(xué)環(huán)節(jié)，見圖3。

Yenka虛擬實驗具有高仿真性和開放性，恰好彌補線上教學(xué)因?qū)嶒瀳龅?、實驗耗材和實驗安全上的不足。從實驗?nèi)容來看，有電解純凈水到電解 CuCl2溶液再到電解NaCl溶液;從實驗難度來看，三組實驗從簡單到復(fù)雜;從實驗要求來看，三組實驗從定性到定量。騰訊課堂技術(shù)關(guān)鍵是討論區(qū)，學(xué)生將思考過程、課堂疑惑等通過文字、圖片等形式發(fā)送到討論區(qū)，而教師則通過討論區(qū)留言了解學(xué)生的認知水平，并及時調(diào)整教學(xué)進度和難度。

（1）教學(xué)片段1：舊知新解，初探原理

【教師活動】提出驅(qū)動性問題：電解純凈水，能否得到 H2和 O2？分析溶液中微粒的移動方向和兩個電極可能發(fā)生的反應(yīng)，理解電解水產(chǎn)生H2和O2的過程。

【學(xué)生活動】分析純凈水中的陰陽離子移動方向，并在討論區(qū)留言。

【Yenka支持】介紹Yenka虛擬實驗基本功能，并演示電解純凈水，如圖4。

【學(xué)生活動】分析電流表讀數(shù)為0.00的原因，并在討論區(qū)留言。

【騰訊課堂支持】使用簽到功能實現(xiàn)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的簽到;使用PPT分享和畫筆功能實現(xiàn)課件的展示和板書的書寫;使用討論區(qū)留言實現(xiàn)師生間線上教學(xué)的互動;使用屏幕分享功能實現(xiàn)教師電腦桌面的分享，方便展示Yenka軟件。

（2）教學(xué)片段2：變換溶液，拓展原理

【教師活動】提出驅(qū)動性問題：往純凈水中加入 CuCl2溶液，以石墨為電極材料進行電解能否得到 H2和 O2？鼓勵學(xué)生用Yenka虛擬實驗?zāi)M該過程，建立反應(yīng)時間與陰極質(zhì)量變化關(guān)系圖，并比較電解不同濃度CuCl2溶液時陰極質(zhì)量變化速率。

【學(xué)生活動】通過Yenka虛擬實驗搭建電解 CuCl2溶液裝置，思考并分析：溶液中存在哪些陰陽離子？在電場作用下陰陽離子如何移動？是否都發(fā)生了反應(yīng)？是否存在反應(yīng)先后順序？舉手連麥回答上述問題。

【學(xué)生活動】書寫其電極式和總反應(yīng)式，并在討論區(qū)留言。

【Yenka支持】搭建電解CuCl2溶液裝置、建立反應(yīng)時間與陰極質(zhì)量的坐標圖和比較電解不同濃度CuCl2溶液下陰極質(zhì)量變化速率，如圖5。

【騰訊課堂支持】使用畫中畫功能，同時打開攝像頭可實現(xiàn)課件與攝像頭兩個畫面。使用舉手連麥功能實現(xiàn)學(xué)生即時與教師線上語音交流。

（3）教學(xué)片段3：情境問題，巧用原理

【教師活動】提出驅(qū)動性問題：2020年初受新冠肺炎疫情的影響，各類防疫物資成為稀缺資源，其中84消毒液更是一瓶難求。通過Yenka虛擬實驗設(shè)計一個電解產(chǎn)生氯氣的裝置，驗證電極所得產(chǎn)物。該裝置能否直接生產(chǎn)NaClO溶液？有何缺陷？應(yīng)如何改進？

【學(xué)生活動】在Yenka虛擬實驗中搭建電解產(chǎn)生氯氣裝置，思考并驗證電極產(chǎn)物。

【Yenka支持】通過“edit”功能自定義添加試劑，驗證電極產(chǎn)物，如圖6。

【學(xué)生活動】分析圖6裝置制備NaClO溶液的可行性，并繪制改進后裝置，如圖7。

【學(xué)生活動】往純凈水中加入何種電解質(zhì)溶液，電解過程中才能得到 H2 和 O2？（A.AgNO3 B.Na2SO4 C. NaBr D.MgCl2）思考并在答題卡中作答。

【騰訊課堂支持】自定義圖片功能可以讓學(xué)生上傳一些自定義圖片，如設(shè)計圖等;答題卡功能可以讓學(xué)生在限定時間內(nèi)對選擇題作答。

四、課后提升與評價

1.課后提升

為了幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)效果，騰訊課堂設(shè)有回播功能，學(xué)生可在課后根據(jù)自己的實際情況選擇性回播教學(xué)過程視頻。在課后，騰訊課堂提供一對一的線上答疑場所，可對學(xué)生進行個別輔導(dǎo)。在Yenka虛擬實驗方面，則鼓勵學(xué)生去探索更多的應(yīng)用場景[6] ，如化學(xué)反應(yīng)速率、酸堿中和滴定和其他電化學(xué)應(yīng)用，一方面有利于信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，另一方面拓展該軟件其他的化學(xué)教學(xué)應(yīng)用場景。

2.課后評價

線上教學(xué)采用過程性評價與目標性評價相結(jié)合的多元評價模式，既重視與尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的付出，又強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。過程性評價與目標性評價的成績比例分別設(shè)為60%和40%，其中過程性評價包括簽到（5%）、Yenka虛擬實驗使用（20%）、討論區(qū)討論（10%）、舉手連麥（10%）、答題卡答題（10%）、回播教學(xué)視頻（5%）。目標性評價則分為線上階段性測試（25%）和課堂作業(yè)（15%），如繪制電解原理思維導(dǎo)圖。多元評價模式不再是傳統(tǒng)考試的一考定終身，而是綜合性、立體性考查學(xué)生能力，有效調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，形成良好的教學(xué)循環(huán)。

五、教學(xué)反思

Yenka虛擬實驗不受場地、實驗條件等制約，學(xué)生能夠根據(jù)自己的時間安排，自主地完成各種虛擬實驗，增強實驗完成的自主性和開放性。更重要的是，電解實驗容易產(chǎn)生污染性氣體，如氯氣，而Yenka不需要學(xué)生接觸實驗藥品和儀器等，提升了實驗安全性。在課中，大家紛紛截圖自己 DIY 的實驗“成果”。課后有不少同學(xué)通過微信咨詢?nèi)绾尾僮髌渌摂M實驗，可以看出學(xué)生對新鮮事物有著強烈好奇心。遺憾的是，該軟件是全英文操作，雖然操作簡單，但要求學(xué)生具有較高的外語水平。

在線上教學(xué)初期，筆者使用過云視訊、騰訊會議等第三方平臺，但這些平臺中簽到和討論區(qū)功能均不能達到令人滿意的效果。騰訊課堂簽到功能能夠準確反饋學(xué)生進入課堂、離開課堂的時間及聽課總時間，能夠有效減少“不簽到、假簽到”現(xiàn)象。討論區(qū)的使用大大增加了學(xué)生發(fā)言的機會，以40 min課堂為單位，有效留言少則100條，多則200條;通過討論區(qū)、舉手連麥、自定義傳圖等展示思維過程，這些都能有效抑制“不配合、假配合”的發(fā)生。另外學(xué)生會送花、發(fā)自定義表情等，這些都讓線上課堂充滿了生機。通過回放功能，學(xué)生還能二次學(xué)習(xí)，大大提升學(xué)習(xí)效果。對于個別學(xué)困生，還能開展一對一騰訊課堂，彌補課堂教學(xué)課后輔導(dǎo)的不足。騰訊課堂美中不足的是答題卡中只能統(tǒng)計整體答題率，不能反饋每個同學(xué)的作答情況。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2] 盤俊春.互動虛擬仿真實驗的優(yōu)秀工具：YenKa[J]. 中國信息技術(shù)教育，2013（5）：74-76.

[3] 焦琳娟，郭會時，黃冬蘭，丘秀珍.構(gòu)建線上線下混融的高效分析化學(xué)課堂——以沉淀滴定法為例[J]. 化學(xué)教育（中英文），2021，42（10）：23-28.

[4] 朱妍.結(jié)合ZOOM和釘釘平臺推進線上教學(xué)的實踐——以國際課程高中化學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué)，2020（11）：52-56.

[5] 廖偉梁.指向“證據(jù)推理與模型認知”的教學(xué)研究——以“電解池電極反應(yīng)的書寫”復(fù)習(xí)課為例[J]. 化學(xué)教與學(xué)，2019（6）：47-50.

[6] 曹晶偉，沈甸.化學(xué)軟件 Crocodile Chemistry 在“化學(xué)反應(yīng)速率”實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)教學(xué)，2012（11）：20-22，26.