用信息技術支撐初中化學智慧教育的案例設計

高琳琳 張爽 何瑤 張宇航

摘要：隨著“智慧地球”思想的不斷滲透，“智慧教育”理念應運而生，它打破了傳統的教學模式，真正提高了學生的自主學習能力，滿足了學生的個性化需求，為教育實踐開辟了一條嶄新的探索之路。本文主要分析了初中化學學科智慧教育的內涵及特征，研究了支持智慧教育的數字化學習環境，并提供了一份化學智慧教育的教學案例。

關鍵詞：初中化學；智慧教育；教學案例

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）21-0057-04

初中化學學科智慧教育內涵及要求

初中化學是一門實驗類探究學科，強調基于問題的認識活動，學生尋求信息和理解事物的一般過程具有過程性和實踐性等特點。可如今，初中化學教師在教學中更多關注的是化學知識概念、公式的傳授和記憶，很少精心設計認識活動的過程和方法，完全忽視了學生的智慧培養，與課程強調的教育理念背道而馳。在學習過程中，學生逐漸喪失了學習興趣，只知道運用原理概念做題，缺乏情境問題分析能力，無法找到解決問題的相應策略，變成了機械的知識“接收器”。

為培養學生的探究及創新能力，讓初中化學教育“智慧”起來，我們需要對初中化學課堂提出新的要求：首先，教師要擁有智慧教育理念，改變傳統的價值取向，不能一味地注重分數，要更多關注學生智慧能力的培養。其次，教師要從學生角度出發，創建智慧的學習資源，構建智慧的學習環境，培養學生的化學思維，而化學思維能力的培養雖然要以學科知識學習為基礎，但又要與學科知識點有本質區別，即需要長時間、過程性、實踐性的訓練，教師要花費時間去設計認識活動和方法，準備探究實驗，培養化學思維。最后，在智慧教育的課堂上，教師要把課堂還給學生，充分發揮學生的主體地位，鼓勵學生大膽質疑，自主創設情境解決問題，提高學生將化學知識轉化成解決問題的能力，實現真正意義上的智慧學習。

信息技術支撐下的智慧學習環境

初中化學智慧教育離不開智慧的學習環境，而智慧學習環境的構建則需要信息技術產品的有效支撐。交互式電子白板、信息化教學平臺、電子書包等都是新興的資源工具，筆者提供的教學案例主要是在電子書包和微視頻環境下促成的智慧教育教學。

電子書包即利用信息化設備進行教學的便攜式終端，擁有豐富而又有針對性的學習資源，能夠為學生提供更多的學習機會，凸顯學生的主體地位。電子書包能夠提供答疑檢測，在實驗探究過程中，教師可以及時了解學生的化學實驗探究進程，并有針對性地給予指導和幫助，同時，它所提供的協作交流功能能夠真正滿足學生討論學習的需求，激發學生的交流協作興趣，提高他們的化學學習效率。

微課以視頻化的形式傳遞知識，能夠激發學生的學習興趣，滿足其個性化需求。本案例中，教師在課前將二氧化碳制取的微課視頻提供給學生，學生可以獨立觀看視頻，激發其自主探究思考，并完成課前新知預習。

案例設計

《二氧化碳制取的研究》教學設計

1.教學內容分析

本節課是人教版初中化學第六單元第二課的內容，是本單元的核心知識，是培養學生在實驗室中制取某種氣體時藥品的選擇、裝置的設計、實驗的方法等思路的最佳素材，對今后學習元素化合物知識、化學基本實驗及實驗探究能力培養都有深遠的影響。通過對制取二氧化碳裝置的探究，學生能夠歸納延伸出實驗室制取氣體的思路和方法，為今后研究其他氣體的制法提供了科學依據。另外，“二氧化碳的制取和性質”是新版教材內容標準中規定必須安排和組織學生完成的基本化學實驗之一，因此本節課的學習對今后學生進行分組實驗提供了有力保證。

2.教學對象分析

學生已經在第二單元學習過氧氣的實驗室制法，具備一定的“氣體的制備與收集”的實踐經驗。初步掌握了“根據藥品選擇發生裝置，根據氣體的相關性質選擇收集裝置”的實驗技能與方法，懂得氣體的收集方法與物理性質有關，因此本節課應注重知識的梳理與整合，為制取二氧化碳裝置的探究指明方向。

3.教學目標制定

知識與技能目標：掌握實驗室制取二氧化碳的反應原理；掌握實驗室制取二氧化碳的收集方法和檢驗方法；了解實驗室制取氣體的發生裝置和收集裝置的確定依據；能設計并組裝實驗室制取二氧化碳的裝置。

過程與方法目標：通過對實驗室制取二氧化碳的探究，逐步分析出制取二氧化碳的理想藥品及實驗裝置，培養創新的意識；通過對實驗室制取氧氣的思路和方法的復習，初步確定實驗室制取氣體的一般思路和方法；通過對實驗室制取二氧化碳的探究過程的體驗、反思，培養多角度、多層次地觀察和分析問題的能力。

情感態度與價值觀目標：通過實驗、問題的討論，培養求實、創新、合作的科學品質；通過教師與學生、學生與學生之間的合作、研究性學習，體驗探究成功的樂趣，激發求知欲，形成持續不斷的學習興趣。

4.教學重難點

重點：實驗室制取二氧化碳的反應原理、實驗裝置的確定及氣體制取的一般思路和方法。

難點：實驗室制取二氧化碳的實驗裝置探究。

5.教學方法及整合點

教學方法：利用信息技術的仿真功能模擬不同物質制取二氧化碳的反應現象及反應原理；再現學習過的實驗過程；模擬演示實驗過程中錯誤操作帶來的不良后果，直觀再現實驗情境，幫助學生溫習氧氣制取時的注意事項；構建虛擬實驗環境，提供多種實驗器材，學生可根據實驗方案靈活設計并組裝實驗裝置，幫助學生完成探究活動。

整合點：不易理解、微觀現象無法展現；實驗現象觀察困難，實驗步驟不易規范；課時影響，無法或沒有必要重新再做氧氣實驗室制取實驗；部分學校受實驗條件影響，難以保證每位學生人手一套齊全的實驗器材。

6.教學模式

翻轉課堂教學模式的運用，弱化了教師的主導地位，充分地調動了學生的主動性，培養學生自主學習意識的同時大大提高了課堂教學效率。

7.教學環境

在多媒體教室借助網絡，利用平臺和電子書包將課前學習和課堂學習貫穿起來，極大地調動了學生學習的主動性。

8.教學過程

課前：

①教師以微課的形式將生石灰刷墻的相關視頻放到電子書包平臺上，創設情境，引入新知，讓學生思考“為什么用生石灰刷完墻會變白變硬”。

設計意圖：通過視頻引入新知，從學生身邊熟悉的滅火器入手，使化學與生活密切聯系，讓學生感知身邊的化學物質二氧化碳。

②教師以微課的形式將判斷實驗室制取氧氣的思路和方法的視頻放到電子書包平臺上，溫故思新，講授新知。

整合點：課時影響，無法或沒有必要重新做氧氣實驗室制取實驗；知識零散，缺乏系統整合。

設計意圖：通過觀看電子書包中氧氣制取的虛擬實驗動畫，回顧知識點，同時引導學生思考實驗室制取氧氣時反應物的確定、發生裝置及收集裝置的選擇、檢驗方法等步驟，使學生初步了解氣體制取的一般思路和方法，進而進行本實驗的探究活動。

課上：

①導入新課，明確學習目標。教師解釋生石灰刷完墻會變白變硬的原因，并設疑。

師：請同學們思考在學過的化學反應中，哪些能生成二氧化碳？你能根據實驗室制取氣體的要求選擇適宜的反應嗎？

生：C+O2點燃CO2

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+ CO2↑

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑

CaCO3高溫CaO+CO2↑

CuO+C高溫2Cu+CO2↑

教師點撥：實驗室通常用大理石或石灰石（主要成分是碳酸鈣）與稀鹽酸反應制取二氧化碳，即反應物為固液常溫混合。

設疑：在實驗室中應如何安全方便地制取二氧化碳呢？能否用碳酸鈉粉末代替大理石或石灰石和稀鹽酸反應制取二氧化碳呢？能否用稀硫酸或濃鹽酸代替稀鹽酸和大理石或石灰石反應制取二氧化碳呢？

②模擬實驗。利用化學平臺演示虛擬實驗，四組對比（如圖1）。

學生觀察對比四個試管中氣泡產生的快慢。試管Ⅰ產生氣泡速率很快；試管Ⅱ產生氣泡速率適中；試管Ⅲ產生氣泡速率緩慢微弱并漸止；試管Ⅳ有白霧現象。

整合點：教材中直接給出實驗室制取二氧化碳所用的藥品，但當學生接觸到其他能產生二氧化碳的藥品時可能會混淆。該實驗對反應藥品的探究在常規實驗下存在做不好、做不了、現象不明顯等問題。而教師可以利用電子書包中平臺演示虛擬實驗的功能，將不能做的實驗模擬出來，使學生直觀了解到濃硫酸不能作為反應物的原因。

設計意圖：通過對比實驗，引導學生歸納在選擇藥品制取二氧化碳時應注意的事項，從而樹立其從多角度、多層次觀察分析、解決問題的意識。

③學生討論。用大理石或石灰石（主要成分是碳酸鈣）與稀鹽酸反應制取二氧化碳，制得的氣體是否較純？反應條件是否容易滿足？反應速率是否適中？并論述原由。

設計意圖：啟發學生思維，通過電子書包討論區發散思維、實時交流，提高學生的學習興趣和理解能力，調動學習積極性。

④實驗裝置的確定。教師引導學生思考問題：實驗室制取氧氣的實驗裝置由哪幾部分組成？如何選擇實驗的發生裝置及收集裝置？確定氣體發生裝置和收集裝置時應考慮哪些因素？氧氣的檢驗方法是什么？學生思考后，教師講解實驗室中制取氣體的裝置包括發生裝置和收集裝置兩部分，列出確定氣體發生裝置和收集裝置時應考慮的因素（如圖2），并引導學生完成表格（如右上表）。

最后教師總結，因為二氧化碳可溶于水，所以不能采用排水法收集。由于二氧化碳密度比空氣大，所以可采用向上排空氣法收集。

設計意圖：比較氧氣和二氧化碳的相關性質，使學生了解制備氧氣與二氧化碳的發生裝置和收集裝置的異同。

⑤牛刀小試。學生可在實驗器材中選擇設計二氧化碳的實驗裝置，放入“器材購物車”中（如圖3），組裝好后匯報交流。

整合點：利用電子書包中信息化構建工具軟件，對裝置進行反復比較，構建出實驗裝置的幾種可能，如有操作不當可保護學生安全，啟發培養學生自主探究，在營造討論的氣氛的同時，充分培養了學生的創造思維能力。

設計意圖：此環節是本節的重點，教師對學生設計中的突破性想法要及時鼓勵，同時還要把握好探究的度，既不能對學生的創造思維置之不理，又不能操之過甚偏離了主題。引進日用品做化學儀器培養了學生對化學的親近感。

⑥反饋學習。教師引導學生結合圖4裝置回答氣體的實驗室制法有關問題：

題1：寫出圖中帶有標號儀器的名稱：a試管；b長頸漏斗；c集氣瓶。

題2：實驗室制取氣體時，選用A、D裝置可制取并收集氧氣；選用B、E裝置可制取并收集氫氣。

題3：實驗室制取二氧化碳，應選擇的發生裝置是B，收集裝置是D，選用該收集裝置的理由是二氧化碳的密度比空氣大且能溶于水。

題4：實驗室制取二氧化碳常選用的藥品是：石灰石或大理石和稀鹽酸，選擇上述藥品的理由是反應速率適中，便于收集，寫出實驗室制取二氧化碳的化學方程式CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O+CO2↑。

題5：汽車尾氣中一氧化氮是一種大氣污染物，它是一種無色氣體，難溶于水，密度比空氣略大（接近），在空氣中能與氧氣迅速反應生成紅棕色的二氧化氮氣體。根據以上信息，判斷實驗室中制取一氧化氮采用的收集裝置是C。

整合點：電子書包對學生答題進行統計，顯示答題情況，學生互動分析。教師對學生進行個性化指導。

設計意圖：通過檢測，了解學生對二氧化碳制取相關知識的掌握情況，針對存在的問題，教師給予點撥指導。

⑦總結梳理，布置任務。教師總結知識點，并提出問題：二氧化碳氣體有什么特殊性質呢？同時，教師引導學生在課下查找資料，總結二氧化碳氣體的相關性質為后續教學做鋪墊。

設計意圖：使化學教學融于生活，培養學生化學思維，將化學教學系統化。