用信息技术支撑初中化学智慧教育的案例设计

高琳琳 张爽 何瑶 张宇航

摘要：随着“智慧地球”思想的不断渗透，“智慧教育”理念应运而生，它打破了传统的教学模式，真正提高了学生的自主学习能力，满足了学生的个性化需求，为教育实践开辟了一条崭新的探索之路。本文主要分析了初中化学学科智慧教育的内涵及特征，研究了支持智慧教育的数字化学习环境，并提供了一份化学智慧教育的教学案例。

关键词：初中化学；智慧教育；教学案例

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）21-0057-04

初中化学学科智慧教育内涵及要求

初中化学是一门实验类探究学科，强调基于问题的认识活动，学生寻求信息和理解事物的一般过程具有过程性和实践性等特点。可如今，初中化学教师在教学中更多关注的是化学知识概念、公式的传授和记忆，很少精心设计认识活动的过程和方法，完全忽视了学生的智慧培养，与课程强调的教育理念背道而驰。在学习过程中，学生逐渐丧失了学习兴趣，只知道运用原理概念做题，缺乏情境问题分析能力，无法找到解决问题的相应策略，变成了机械的知识“接收器”。

为培养学生的探究及创新能力，让初中化学教育“智慧”起来，我们需要对初中化学课堂提出新的要求：首先，教师要拥有智慧教育理念，改变传统的价值取向，不能一味地注重分数，要更多关注学生智慧能力的培养。其次，教师要从学生角度出发，创建智慧的学习资源，构建智慧的学习环境，培养学生的化学思维，而化学思维能力的培养虽然要以学科知识学习为基础，但又要与学科知识点有本质区别，即需要长时间、过程性、实践性的训练，教师要花费时间去设计认识活动和方法，准备探究实验，培养化学思维。最后，在智慧教育的课堂上，教师要把课堂还给学生，充分发挥学生的主体地位，鼓励学生大胆质疑，自主创设情境解决问题，提高学生将化学知识转化成解决问题的能力，实现真正意义上的智慧学习。

信息技术支撑下的智慧学习环境

初中化学智慧教育离不开智慧的学习环境，而智慧学习环境的构建则需要信息技术产品的有效支撑。交互式电子白板、信息化教学平台、电子书包等都是新兴的资源工具，笔者提供的教学案例主要是在电子书包和微视频环境下促成的智慧教育教学。

电子书包即利用信息化设备进行教学的便携式终端，拥有丰富而又有针对性的学习资源，能够为学生提供更多的学习机会，凸显学生的主体地位。电子书包能够提供答疑检测，在实验探究过程中，教师可以及时了解学生的化学实验探究进程，并有针对性地给予指导和帮助，同时，它所提供的协作交流功能能够真正满足学生讨论学习的需求，激发学生的交流协作兴趣，提高他们的化学学习效率。

微课以视频化的形式传递知识，能够激发学生的学习兴趣，满足其个性化需求。本案例中，教师在课前将二氧化碳制取的微课视频提供给学生，学生可以独立观看视频，激发其自主探究思考，并完成课前新知预习。

案例设计

《二氧化碳制取的研究》教学设计

1.教学内容分析

本节课是人教版初中化学第六单元第二课的内容，是本单元的核心知识，是培养学生在实验室中制取某种气体时药品的选择、装置的设计、实验的方法等思路的最佳素材，对今后学习元素化合物知识、化学基本实验及实验探究能力培养都有深远的影响。通过对制取二氧化碳装置的探究，学生能够归纳延伸出实验室制取气体的思路和方法，为今后研究其他气体的制法提供了科学依据。另外，“二氧化碳的制取和性质”是新版教材内容标准中规定必须安排和组织学生完成的基本化学实验之一，因此本节课的学习对今后学生进行分组实验提供了有力保证。

2.教学对象分析

学生已经在第二单元学习过氧气的实验室制法，具备一定的“气体的制备与收集”的实践经验。初步掌握了“根据药品选择发生装置，根据气体的相关性质选择收集装置”的实验技能与方法，懂得气体的收集方法与物理性质有关，因此本节课应注重知识的梳理与整合，为制取二氧化碳装置的探究指明方向。

3.教学目标制定

知识与技能目标：掌握实验室制取二氧化碳的反应原理；掌握实验室制取二氧化碳的收集方法和检验方法；了解实验室制取气体的发生装置和收集装置的确定依据；能设计并组装实验室制取二氧化碳的装置。

过程与方法目标：通过对实验室制取二氧化碳的探究，逐步分析出制取二氧化碳的理想药品及实验装置，培养创新的意识；通过对实验室制取氧气的思路和方法的复习，初步确定实验室制取气体的一般思路和方法；通过对实验室制取二氧化碳的探究过程的体验、反思，培养多角度、多层次地观察和分析问题的能力。

情感态度与价值观目标：通过实验、问题的讨论，培养求实、创新、合作的科学品质；通过教师与学生、学生与学生之间的合作、研究性学习，体验探究成功的乐趣，激发求知欲，形成持续不断的学习兴趣。

4.教学重难点

重点：实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置的确定及气体制取的一般思路和方法。

难点：实验室制取二氧化碳的实验装置探究。

5.教学方法及整合点

教学方法：利用信息技术的仿真功能模拟不同物质制取二氧化碳的反应现象及反应原理；再现学习过的实验过程；模拟演示实验过程中错误操作带来的不良后果，直观再现实验情境，帮助学生温习氧气制取时的注意事项；构建虚拟实验环境，提供多种实验器材，学生可根据实验方案灵活设计并组装实验装置，帮助学生完成探究活动。

整合点：不易理解、微观现象无法展现；实验现象观察困难，实验步骤不易规范；课时影响，无法或没有必要重新再做氧气实验室制取实验；部分学校受实验条件影响，难以保证每位学生人手一套齐全的实验器材。

6.教学模式

翻转课堂教学模式的运用，弱化了教师的主导地位，充分地调动了学生的主动性，培养学生自主学习意识的同时大大提高了课堂教学效率。

7.教学环境

在多媒体教室借助网络，利用平台和电子书包将课前学习和课堂学习贯穿起来，极大地调动了学生学习的主动性。

8.教学过程

课前：

①教师以微课的形式将生石灰刷墙的相关视频放到电子书包平台上，创设情境，引入新知，让学生思考“为什么用生石灰刷完墙会变白变硬”。

设计意图：通过视频引入新知，从学生身边熟悉的灭火器入手，使化学与生活密切联系，让学生感知身边的化学物质二氧化碳。

②教师以微课的形式将判断实验室制取氧气的思路和方法的视频放到电子书包平台上，温故思新，讲授新知。

整合点：课时影响，无法或没有必要重新做氧气实验室制取实验；知识零散，缺乏系统整合。

设计意图：通过观看电子书包中氧气制取的虚拟实验动画，回顾知识点，同时引导学生思考实验室制取氧气时反应物的确定、发生装置及收集装置的选择、检验方法等步骤，使学生初步了解气体制取的一般思路和方法，进而进行本实验的探究活动。

课上：

①导入新课，明确学习目标。教师解释生石灰刷完墙会变白变硬的原因，并设疑。

师：请同学们思考在学过的化学反应中，哪些能生成二氧化碳？你能根据实验室制取气体的要求选择适宜的反应吗？

生：C+O2点燃CO2

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+ CO2↑

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑

CaCO3高温CaO+CO2↑

CuO+C高温2Cu+CO2↑

教师点拨：实验室通常用大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）与稀盐酸反应制取二氧化碳，即反应物为固液常温混合。

设疑：在实验室中应如何安全方便地制取二氧化碳呢？能否用碳酸钠粉末代替大理石或石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳呢？能否用稀硫酸或浓盐酸代替稀盐酸和大理石或石灰石反应制取二氧化碳呢？

②模拟实验。利用化学平台演示虚拟实验，四组对比（如图1）。

学生观察对比四个试管中气泡产生的快慢。试管Ⅰ产生气泡速率很快；试管Ⅱ产生气泡速率适中；试管Ⅲ产生气泡速率缓慢微弱并渐止；试管Ⅳ有白雾现象。

整合点：教材中直接给出实验室制取二氧化碳所用的药品，但当学生接触到其他能产生二氧化碳的药品时可能会混淆。该实验对反应药品的探究在常规实验下存在做不好、做不了、现象不明显等问题。而教师可以利用电子书包中平台演示虚拟实验的功能，将不能做的实验模拟出来，使学生直观了解到浓硫酸不能作为反应物的原因。

设计意图：通过对比实验，引导学生归纳在选择药品制取二氧化碳时应注意的事项，从而树立其从多角度、多层次观察分析、解决问题的意识。

③学生讨论。用大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）与稀盐酸反应制取二氧化碳，制得的气体是否较纯？反应条件是否容易满足？反应速率是否适中？并论述原由。

设计意图：启发学生思维，通过电子书包讨论区发散思维、实时交流，提高学生的学习兴趣和理解能力，调动学习积极性。

④实验装置的确定。教师引导学生思考问题：实验室制取氧气的实验装置由哪几部分组成？如何选择实验的发生装置及收集装置？确定气体发生装置和收集装置时应考虑哪些因素？氧气的检验方法是什么？学生思考后，教师讲解实验室中制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分，列出确定气体发生装置和收集装置时应考虑的因素（如图2），并引导学生完成表格（如右上表）。

最后教师总结，因为二氧化碳可溶于水，所以不能采用排水法收集。由于二氧化碳密度比空气大，所以可采用向上排空气法收集。

设计意图：比较氧气和二氧化碳的相关性质，使学生了解制备氧气与二氧化碳的发生装置和收集装置的异同。

⑤牛刀小试。学生可在实验器材中选择设计二氧化碳的实验装置，放入“器材购物车”中（如图3），组装好后汇报交流。

整合点：利用电子书包中信息化构建工具软件，对装置进行反复比较，构建出实验装置的几种可能，如有操作不当可保护学生安全，启发培养学生自主探究，在营造讨论的气氛的同时，充分培养了学生的创造思维能力。

设计意图：此环节是本节的重点，教师对学生设计中的突破性想法要及时鼓励，同时还要把握好探究的度，既不能对学生的创造思维置之不理，又不能操之过甚偏离了主题。引进日用品做化学仪器培养了学生对化学的亲近感。

⑥反馈学习。教师引导学生结合图4装置回答气体的实验室制法有关问题：

题1：写出图中带有标号仪器的名称：a试管；b长颈漏斗；c集气瓶。

题2：实验室制取气体时，选用A、D装置可制取并收集氧气；选用B、E装置可制取并收集氢气。

题3：实验室制取二氧化碳，应选择的发生装置是B，收集装置是D，选用该收集装置的理由是二氧化碳的密度比空气大且能溶于水。

题4：实验室制取二氧化碳常选用的药品是：石灰石或大理石和稀盐酸，选择上述药品的理由是反应速率适中，便于收集，写出实验室制取二氧化碳的化学方程式CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O+CO2↑。

题5：汽车尾气中一氧化氮是一种大气污染物，它是一种无色气体，难溶于水，密度比空气略大（接近），在空气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮气体。根据以上信息，判断实验室中制取一氧化氮采用的收集装置是C。

整合点：电子书包对学生答题进行统计，显示答题情况，学生互动分析。教师对学生进行个性化指导。

设计意图：通过检测，了解学生对二氧化碳制取相关知识的掌握情况，针对存在的问题，教师给予点拨指导。

⑦总结梳理，布置任务。教师总结知识点，并提出问题：二氧化碳气体有什么特殊性质呢？同时，教师引导学生在课下查找资料，总结二氧化碳气体的相关性质为后续教学做铺垫。

设计意图：使化学教学融于生活，培养学生化学思维，将化学教学系统化。