信息技术促进初中化学微粒观建构的教学实践

项目基金：本文为广州市教育科学规划（Guangzhou education scientific research project）2017年度课题“使用数字技术提高初中化学微观教学质量的研究”（项目编号：1201730385）的研究成果。

摘要：以“金刚石、石墨、C60”教学设计为例，在化学课堂中引领学生进行微观探究，利用信息技术辅助教学，使学生从宏观视角转变到微观视角中深入认识物质，促进知识内化，促进学生建构微粒观。

关键词：信息技术；微粒观化学

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2021）14-0098

一、设计思路

初中化学是化学学科的启蒙阶段，且承担提升学科核心素养的任务。通过近三年广州中考数据分析，学生在微粒观的发展水平还有待提升。微粒观的形成不是一朝一夕的事，是需要安排在不同的学习阶段、以不同的知识为载体，在不同的单元内帮助微粒观螺旋上升地建构。而构建微粒观，难在要认识肉眼不可见的微粒时，需要学生展开丰富的想象力，需要教师搭建支架降低认知难度，仅使用结构模型辅助解决不了问题。随着信息技术的发展，微课、网络测试、动画、视频、交互式智能课件、手机（摄像、截图）实时投屏、电子白板等多媒体辅助化学微粒观教学，能有效降低学习难度，促进化学微粒观建构的教学。本文以“金刚石、石墨、C60”教学设计为例，剖析如何利用信息技术促进微粒观建构的教学。

二、教学目标

1.了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途，知道同一种元素也可以组成不同的物质；

2.通过对金刚石、石墨和C60中碳原子排列方式及空间结构的分析，知道物质结构、性质和用途三者之间的相互关系；

3.知道利用结构与性质的关系，可以改变结构创造新物质；通过畅想碳单质的结构活动，培养创新能力。

4.通过科学史实及科技发展信息，培养学生用发展的眼光看问题，培养科学精神和社会责任感。

三、教材分析

1.教学内容分析

“金刚石、石墨、C60”选自人教版九年级化学上册第六单元课题一，本设计围绕第一课时“碳单质性质、结构及用途”展开论述。利用网络前测和大数据分析能精准把握本课难点。碳单质的结构比较复杂，用传统的实物模型、PPT展示图片不能有效解決学生的思维误区。应用微观动画、视频、交互式智能课件结合，不但扩充了课堂信息量，且促进学生微粒观的形成，激发科学探索精神。利用投屏及时反馈，能帮助教师快速调整教学，解决问题。

2.学情分析

通过布置课前预习和完成网络前测，通过数据分析，得出学生对“金刚石、石墨是由原子构成的，C60是由分子构成的”、“金刚石、石墨、C60结构与性质的关联性”、“微观粒子的变化与宏观物质变化的因果关系”等知识点不理解，制定相应的教学策略。

3.教学重难点

（1）重点：物质的结构、性质、用途之间的关系

（2）难点：微观视觉下结构与性质的关系、宏观-微观-化学符号之间的联系

四、课前准备

布置学生课前预习课本，完成网上前测题。

五、教学过程及分析

环节一：引入新课，认识物质的多样性

【创设情景】点石成金，在化学角度上能否实现？“铅笔芯变钻石”能实现吗？

【多媒体展示】播放“铅笔芯变钻石”视频。

【提出问题】铅笔芯为什么能变钻石呢？二者有什么共同点？观察图片进行思考。

【多媒体展示】课件展示金刚石、石墨的图片及对应的结构模型

【学生回答】钻石的主要成分是金刚石，铅笔芯的主要成分是石墨，二者都是由碳元素组成的单质。

【提出问题】若要用化学符号表示金刚石、石墨，你会怎样表示？

【多媒体展示】微观动画展示，依次点击交互式智能课件中的金刚石和石墨模型，呈现出金刚石、石墨的整体结构动画。

学生发现课本上的结构图只是整体结构其中一部分，金刚石和石墨的结构能无限拼接下去，构成物质的最小单体是碳原子，从而总结出金刚石和石墨都由碳原子构成，化学式都为C。

【实验演示】利用实物展台实时投影演示实验：金刚石裁玻璃、小刀削铅笔芯。揭示物质性质决定用途，用途反映性质。

设计意图：本环节的难点是通过微观视觉分析物质的多样性，需要老师设计问题串引导和用信息技术辅助。利用交互式课件展示结构模型、展示微观动画，突破了“金刚石、石墨是由原子构成的”问题，降低了思维难度，使学生更容易理解物质的化学式和物质多样性。

环节二：动手探究物质结构与性质的关系

【设疑】2种物质都是碳单质，为什么物理性质有如此大的差异？

【微观探究】派发金刚石、石墨结构模型，每4人小组一套，观察模型中原子排列方式的区别。给模型施加压力，观察模型形变程度。

【提出问题】结构形状有什么特点？回顾它们的物理性质，与其结构有相关性吗？

【表达与交流】选取1组同学上台汇报，边讲边用视频投屏展示操作。

【多媒体展示】动画视频展示金刚石、石墨结构与性质的关系，展示微观粒子发生变化时，物质相应发生宏观变化。

【归纳总结】两种物质物理性质差异的原因是碳原子排列方式不同。物质的结构决定物质的性质，物质性质也会反映其用途。

设计意图：本环节通过对金刚石、石墨中碳原子排列方式及空间结构的分析，知道物质结构、性质之间的相互关系。常见的案例仅用展示教学模型和教师口头分析，本案例运用学生探究是强调学生主体地位，让学生主动思考解决问题，培养归纳与表达能力。该环节用了直播投屏方式，使台下学生更清晰地观看到演示操作；运用了微观动画视频，解决了学生难以描述的“物理性质与碳原子排列方式如何相关”的问题，且点亮了“微观粒子的变化是宏观物质变化的原因”，一箭双雕。

环节三：学以致用，培养创新

【情景引入】碳元素不仅可以组成单质金刚石、石墨，还可以组成另一个重要的单质C60。

【多媒体展示】播放C60的发现与用途的视频。了解诺贝尔得奖者发现C60的过程，增强学生科学探究精神。展示C60的结构模型，让学生说出化学式C60的含义，了解C60的特性和用途。

【过渡】科学家在碳单质的探索之路上永不止步，20世纪90年代初纳米碳管被发现了，2004年从石墨中成功分离出石墨烯。

【多媒体展示】播放石墨烯功能介绍视频。让学生了解石墨烯的结构与性质之间的关系，如纤薄、能弯曲、弹性大、导电性强等性质与微观粒子变化的关系。

【表达与交流】请分享你看完本视频的感受。

【学生活动】科技不断发展，下一个被发现或被制备的碳单质是怎样的呢？我们可以畅想它的化学式或结构，小组讨论并把设计图画在纸上，老师拍摄照片投屏展示。

设计意图：本环节目标是利用结构与性质的关系，可以改变结构创造新物质，培养创新精神；以发展的观点看待碳的单质，提高学习化学的热情。本环节的信息技术运用主要是播放科学史实、科学发展前沿视频，旨在弘扬科学精神、爱国主义精神，培养严谨的科学态度，体现初中化学立德树人的功能。

环节四：知识归纳

在交互式课件上以思维导图方式进行本课小结。

环节五：习题巩固

以拍照投屏形式讲评典型错题。

六、教学反思

1.大数据分析助力备课

利用问卷星、智学网等网络工具进行线上测评，及时反馈数据，提升了教师备课效率。

2.鲜活视频素材是激发学习热情的催化剂

利用多媒体视频展示，可让学生了解科学史实、科学发展前沿。化学史的教育功能是深层的，不但在学生心里播下严谨、求真的种子，学生甚至会把科学家作为崇拜的对象，去模仿，去超越。科学发展前沿更能激发学生学习化学的兴趣，短短2分钟的石墨烯视频引起学生很大的触动，学生们踊跃发表感想，对化学肃然起敬，对化学充满信心，对科学充满向往。

3.微观模拟动画拓展想象

利用多媒体模拟动画，更直观地展示微粒构成物质的过程、微粒间存在的间隙、微粒的运动、微粒的相互作用，降低学生学习的难度。建立物质的微观变化导致宏观变化的因果联系。学生反馈预习课本时，看不懂结构模型，也不明白为什么“碳原子排列方式”会影响物质的性质，看完动画和听完课后就明白了。有的学生对石墨烯的视频动画印象很深，当材料弯曲的时候，原来微观碳原子的排列也是弯曲的，很神奇，这是他没有想到的。多媒体模拟动画在微粒观中的应用，大大拓宽学生想象的限度。

4.投屏技术拉近师生距离

利用投屏展示（截图模式或直播模式），一方面时效性强，另一方面更清晰地展示实验操作与现象、模型、练习情况，再者便于老师在屏幕上批注练习、操作，明确注意事项。本课例中，用了拍摄视频直播投屏教师实验操作和学生模型，用了拍照上传到一体机屏幕展示画图、练习，并进行批改。学生反映直播投屏很清晰，坐最后排的学生也能看清操作每个细节。拍照投屏节省了学生上黑板书写的时间，且能用班上典型习作及时批注讲解，效果好。

5.网络资源慎重选用

微观动画和视频的功能强大，但要保证知识性、科学性及政治安全，需严格把关。网络上的微观动画及视频良莠不齐，甚至有科学性错误而误导学生，选取时要严格筛选，若网上无对应的动画，教师可尝试用PPT、Flash等软件制作，再用录屏软件进行配音。

参考文献：

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[2]钟 红.基于信息技术促进初三学生微粒观建构的实践.四川师范大学：四川省，2017. 1-83

[3]朱全勇.巧借多媒體，初建物质微粒观.中国信息技术教育. 2014，（24）：117

[4]林 朋.利用交互智能课件促进学生“观念建构”的教学探究———以《物质构成的奥秘》为例.四川师范大学：四川省，2015. 1-65

[5]郭同玲.信息技术赋能初中化学课堂教学———以“分子与原子”教学设计为例.读写算. 2019，（23）：17

作者简介：黄嘉雯，女，汉族，毕业于华南师范大学，理科学士，中学化学一级教师，现任职于广东华侨中学，任科组长，曾任区中心组成员，教学方向：初中化学

（作者单位：广东华侨中学 510030）