为化学实验教学插上信息技术的翅膀

李军

摘要：信息技术究竟能为我们的化学实验教学做些什么？它为化学课堂教学的转型、课堂教学效益的提升、学生个性化学习的实现提供了怎样的可能性？文章尝试从可以运用于课堂教学的信息技术出发，阐述信息技术与化学实验教学整合的方法与策略。

关键词：实验教学；信息技术；化学实验

文章编号：1008-0546（2014）03-0090-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

以实验为基础是化学科学的基本特征，实验是化学学科的重要特性，化学实验既是化学课程的重要内容，又是化学思想的重要体现，更是化学学习的核心方法。但是，实验仪器的陈旧化、实验内容的简单化、实验执行方式的教条化、实验呈示手段的单一化以及实验展示效果的低效化等，无不制约着实验设计的创新发展，桎梏着实验方式的推陈出新，阻碍着实验教学的价值实现。

一、何去何从——身陷泥淖的中学化学实验教学

在我市关于化学实验教学的问卷调查中，数据显示，在教师进行演示实验时，有10.6%的学生看不清实验现象，有21.9%的学生只能看到部分实验，还有19.7%的学生看不到实验的完整过程；学生单独实验时，有44.7%的人实验成功率仅为一半；而在问及“对初中化学实验教学的建议”时，学生的回答主要集中在“增加学生实验的数量”、“提高实验的趣味性”、“优化实验的展示方式”等方面。由此表明，无论是实验的数量与质量，还是实验的内容与形式都已不能满足学生的学习需求。

二、柳暗花明——焕发新生的中学化学实验教学

信息技术是指利用电脑、网络等硬件设施、软件工具以及科学方法，对图文音像各种信息进行获取、加工、存储、传输与应用的技术。就目下而言，主要包括多媒体技术、网络技术、投影技术，以及近年来迅速崛起的手持技术等。将信息技术与化学实验教学整合，充分发挥信息技术的特点与优势，充实课程的主体内容，丰富教学的执行方式，改变教师的角色功能，激发学生的学习兴趣，提高课堂的教学效益，是中学化学实验教学改革的必然选择与必由之路。

1. 基于多媒体技术的化学实验设计与教学

多媒体技术是将文本、图像、视频和音频等形式的信息，通过计算机处理，使多种媒体建立逻辑连接，集成为一个具有实时性和交互性的系统化表现信息的技术。利用这些技术将与实验相关的信息进行合理有效的处理，使学生能清晰地观察实验，完整地感知实验、深刻地理解实验，精辟地阐述实验。

（1）实验主题情景化。新课程以来，普适学习已逐渐为情景学习所代替，要求教学能在具体的问题情景中进行，以培养学生利用所学知识观察问题、提炼问题、思考问题和解决问题的能力。化学实验教学同样如此，良好的实验情景能激发学生的学习兴趣，激励学生的探究欲望，并为学生即将进行的实验探究提供思考的介质与探究的方向。多媒体技术不仅满足了情景化教学的基本需求，而且，其内含的文本、图像等多种技术促进了情景创设形式的多元性，其动画等技术促进了情景创设内容趣味性，视频等技术促进了情景创设问题的真实性。

（2）微观过程形象化。化学实验的现象只能体现化学实验的宏观变化，虽然它能促进学生对物质及其变化的认识，但总体而言，这种认识是外显的、粗略的与浅表的，而深入认识则必须进行微观层面的探索和发现，多媒体技术为此提供了可能性。

（3）特殊实验可视化。一些化学实验常因仪器、药品或操作的危险性等林林总总的原因难以在课堂教学中现场演示，但这些实验又是必不可少的，它影响学生认知的深度与清晰性。如氯气的制取实验，环境污染大，危险系数高，若在通风橱中进行，学生又不方便进行观察。此时，便可以利用动画技术模拟实验，或用视频技术录制实验，让学生观看，以达到教学目的。

（4）实验现象清晰化。有些实验虽然能被操作，但是实验现象不明显，甚至与真实的实验现象相悖，如果将这些实验不加处理呈现于学生眼前，学生非但不能形成正确认知，还可能受到假象的误导。如氢气燃烧的实验现象，铁与稀硫酸反应的现象等均属于此类。此时，除却可以改进实验方式避免错误现象的干扰，也可以辅以多媒体模拟实验进行处理。

（5）实验设计虚拟化。由于教学时间的限制，或基于实验教学的主要目的，有时无需进行实验操作，而是重在实验设计。此时，可以利用各种虚拟化学实验室软件在电脑上进行操作，以完成学习任务。利用软件自带的仪器，使用者可以自由搭建实验装置、添加药品、进行反应。利用软件提供的数据分析工具，使用者还可以定量分析化学变化中各种物质的量的变化。

2. 基于网络技术的化学实验设计与教学

（1）网络技术推进了实验探究教学的深广度。自互联网出现，其承载的信息流量便日益呈现出几何级数的增长，业已成为全球最大的信息资源平台，它所包含的化学资源是化学教材与其他教辅材料所无法比拟的。这些丰富的信息使得实验探究的主题更宽泛、内容更丰富、方式更自由、途径更多元、思维更深入、探究更有效。

①网络资源促进了主题背景的多样性。原先学生实验探究的主题主要来源于课程学习主题，而网络则使其更具有社会化与生活化的意义。网络上的新闻事件、社会热点、民生焦点、奇闻轶事、历史故事、人物传记等等都可能蕴含着丰富的化学信息，都可作为学生解读的背景，成为学生实验探究的主题，从而拓展了学生发现问题的渠道、提高了学生解读信息的水平，提升了学生表述问题的能力。

②网络资源促进了猜想假设的有效性。学生明确了实验探究主题之后，通常凭借自己的已有知识或生活常识对问题进行猜想与假设，但是这种方式过于狭隘，常常限制了探究的广度，影响了猜想的合理性。面对没有深刻认识的情景，学生往往一筹莫展。而借助网络，学生通过浏览更多的背景素材，查阅更多的专业知识，参考更多的思想观点，并将其进行汇总整理，结合已有知识，便可以获得更接近于事实真相和化学原理的猜想，提高探究效率。例如，在《植物生长营养液中的主要成分》的实验探究中，由于对营养液的认知不够，学生可以通过网络检索了解常见营养液的功能、植物生长所需营养元素等信息，确定营养液中必须含有的元素，知道这些元素在营养液中的存在形式，从而对其成分作出合理猜想，明确实验探究的方向。endprint

③网络资源促进了实验设计的开放性。具有唯一性的探究实验易被异化为验证实验，失去探究的本真价值，弱化学生的思维过程。他山之石，可以攻玉。根据网络信息，参看他人的思维方式与思考途径，学生可以跳脱思维定势，多维度、多层次、更全面地分析问题，以获得多种思路，设计多种方案，并在众多的选择中比较和筛选，制订最终的实施计划。而比较和筛选的过程，无疑能强化对所学知识的认知，能加强对应用方法的感悟，能加深对设计方案的理解，升华思考研究的过程。这对于实验探究的后续环节——进行实验、收集证据、解释结论都具有重要意义。学生能更正确认识探究实验的化学原理，更合理构建实验所用的仪器装置，更准确执行实验既定的操作程序，更清晰观察实验产生的变化现象，获得更充分、更真实的证据，并系统地应用比较、分类、归纳、概括等逻辑思维方法确立起证据与猜想假设之间的合理关系，获得科学的实验结论。

④网络平台促进了交流讨论的及时性。互联网不仅为实验探究提供了丰富的信息资源，还为其打造了强大的互动平台。探究实验通常是具有一定思维难度、设计难度和操作难度的课题，在实验探究的各个环节，学生都有可能不期而遇各种障碍，且难以独立处理，需要教师和同伴的支持与帮助，网络的便捷化通讯极大满足了该需求。学生可以将问题发表在网络平台上，使个人问题转化为公共问题，从而获得问题解决的思路与方法，并以此为参考，突破自身障碍。此外，这种交流方式也为怯言的学生提供了一个安全的心理环境，使其能勇于表达自己的思想与情感。

⑤自创软件丰富了实验学习的多元性。随着信息技术的高速发展和在教育领域内的广泛使用，一些教师开始自创各种课件、积件、软件和微视频服务于自身的实验教学。如我市某校王老师自创了教学游戏软件供实验复习教学使用。微视频是新近发展起来的一种促进学生自主学习的一种微课程形式。其是基于学习的重点和难点，结合PPT、板书、实验等将教师精讲某个知识的片段录制下来，放在网上供学生学习使用。其特点是目标明确、短小精悍且可以重复观看。它是学生个性化学习与自主化学习的重要手段，为课堂教学转型——翻转课堂提供了物质基础。

3. 基于手持技术的化学实验设计与教学

手持技术是指在掌上就可以操作的技术，它是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集和数据处理系统，能与计算机连接完成各种后期处理。如教材中的“空气中氧气含量的测定”实验，实验原理复杂，实验操作要求高，干扰因素多，实验成功率低，易使教学陷入困境。而用DIS则可以轻松达成。 利用氧气传感器测量白磷（或其他可燃物）在空气中的燃烧时，空气中氧气含量的变化情况及最终数值，认识空气中氧气的存在及其含量。该实验还可以用于燃烧条件的学习，化学反应中的定量变化学习等。再如，初中化学教学中，为探究不溶性物质在水中是否完全不溶、判断饱和溶液与不饱和溶液、探究一定量水中氢氧化钙溶解度随温度的变化情况等时，可以利用电导率传感器进行相应的实验设计与实施。

4. 基于投影技术的化学实验设计与教学

利用投影技术可以将实验的整个过程清晰地展示在学生眼前，无论是实验药品、仪器，还是实验现象，甚至是实验操作都可以被学生所感知和认识。这种技术可以使教师无需在教室里四处走动着展示实验现象，也可以使学生无需站着、围着观看试验结果，更可以使实验的过程连续而生动，从而维持了课堂的良好秩序，节约了课堂的教学时间，延续了学生的连续思维。随着技术的发展，教师们还把低成本、便操作的摄像头引进了课堂，提高了投影技术使用的效率，降低了使用的成本。在《一氧化碳还原氧化铁》教学中，老师还使用了双摄像头和相关软件，不仅使学生清晰地观察了红棕色粉末和澄清石灰水的变化，还可以随时在这两个观察位置进行切换（类似电视中画中画的效果），加深了学生对该实验现象的印象，促进了学生对该变化本质的理解。

5. 基于摄像摄影技术的化学实验设计与教学

利用数码相机、数码摄像机将重要的教学素材拍摄下来，并运用于课堂教学，也是信息技术与实验教学整合的重要方式。尤其对于规范学生的基本实验操作、熟悉重要操作的基本流程等具有重要价值。如在《学习化学需要进行化学实验》的学习中，将学生在固、液体药品的取用、滴管的使用、加热等基本操作时真实的状态拍摄下来，并与全班的学生一起讨论和交流。来自于学生最熟悉的人和事很容易激发起学生的认知兴趣，而自我评价的方式使学生能直面自己的学习过程，学会观察、分析、评价与改进，并最终提升了学习的效益。

三、基于信息技术的化学实验设计与教学的实施的注意点

与信息技术整合的化学实验设计与教学改善了实验教学的方式与效果，但是，这种整合应该遵循基本的原则，关注整合的前提与条件，提升整合的质量。

1. 操作实验的不可替代性

尽管基于信息技术的化学实验有着很多的优势，但是其不能完全代替化学实验事实。这是因为，每个化学实验都有自己独特的功能和价值，并且可能综合体现在实验设计的基本思想、实验操作的基本流程与操作要点、实验现象与实验结论的内在联系等多个方面，而模拟实验却通常只能体现其中的一个方面，无法如实地、整体地反应化学实验的全部面貌。如用虚拟实验室进行化学教学时，其更有价值之处在于其能进行整体的实验设计与优化，却无法反映按照该实验体系进行实验时的真实状况。

2. 模拟实验的理想性

模拟实验的制作是基于实际教学的需求进行的理想化的创造，因此，它必然会被人为地凸显某些方面，而忽略其他方面。而在实际进行的化学实验中，抛开实验自身的价值，还常会出现更多更有价值的需要学生进行思考与解决的现象与问题，而这些实验教学中的动态生成资源，被理想化了的模拟实验是无法做到的。

3. 模拟实验的科学性

模拟实验必须遵循化学实验事实，不能因为要解释一些问题却又忽略一些问题，这往往会给模拟实验的科学性产生质疑。如，老师经常会用一些模拟实验去表达错误操作可能引起的实验后果，如一氧化碳还原氧化铁时，在解释为什么操作程序上要做到“一通二点三撤四停”，常会模拟试管爆炸等场景，其实，这样的处理并不合理，因为某些实验后果产生的原因是复杂而又具有偶然性的。

4. 强化信息技术的整合性

教师应该清醒地认识到信息技术在教育上的应用并不完善。因此，首先要求教师在整个教学过程中应明确信息技术恰当地位与功能，不要无限放大其作用；其次，要理解信息技术的运用是以提高教学的有效性为目的，一切不能促进教学有效性的技术都是无无用的；再次，应根据实验的类型、功能、特点与教学目的等，找准信息技术与化学实验的契合点；最后，师生的情感交流才是教学有效性的保证，才是信息技术与中学化学实验教学整合成功的关键。

参考文献

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