基于中學化學實驗課程的可視化教學新探

王 歡，馬榮華

(齊齊哈爾大學 化學化工學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

化學是一門以實驗為基礎的學科，是將理論與實際聯系起來的紐帶，在高中化學教學中實驗是一項非常重要的教學內容，化學實驗教學在高中化學課堂中起著講授法不可比擬的重要作用。實驗教學的特點在于傳授知識的同時更注重學生操作技能和思維能力的培養，有利于激發學生的科學探究興趣。

1 高中化學實驗教學的現狀

傳統的實驗教學主要有兩種方式:第一種是在高中實驗課堂中教師采取做演示實驗的授課方式，這是一種普遍的授課方式，這種實驗課的形式存在弊端，因為這對距離講臺遠、視力弱的或者個子矮的學生來說會導致其不能看清實驗現象，而且有些實驗現象時間是極短的，當學生還未反應過來時就已經結束，整個實驗做完后學生對知識的掌握程度不高，這種看似摸得到的實驗教學模式實際起到的教學效果并不理想。另一種授課方式是直接采取講授法的方式講解實驗內容，并用多媒體設備輔助配一些簡單的實驗裝置圖，因為高中課程內容量大，在許多實際的課堂中要受到授課進度的影響，實驗課的執行結果就是“老師講，學生想”，雖然高中學生已經具備一定的知識水平，但面對新知識時，學生的抽象思維還沒有形成，即使老師對實驗現象的描述很清晰，學生也看到了實驗裝置圖的結構，但學生的現有能力很難達到對知識的理解與掌握的程度。總而言之，傳統的高中實驗教學沿襲著赫爾巴特的教育思想“學生為輔，教師為主”，這種模式忽略了學生綜合能力的培養，會將孩子變成學習的機器人，學生的實踐能力得不到鍛煉，操作技能沒機會學習，與課堂無互動，只是被動的接受。因此，為了培養出有生命的鮮活的個體，全面實施素質教育亟不可待。

2 高中化學實驗進行可視化教學的優勢

為了培養學生全面發展和提升學生的科學素養，我們首要任務是應將傳統的高中化學實驗教學模式進行改進，從本質上解決以“學生為輔”到以“學生為中心”的轉變，這就需要讓學生盡可能的參與到教學活動中來。當今學校的教學配制都已經現代化且多媒體工具普遍使用，將這些設備充分運用到教學中，利用現代化條件從可視化的角度進行教學設計，實驗課程將不再單一乏味。可視化的實驗教學是指課堂上借助現代技術手段，將實驗資料進行系統整理，形成圖形、文字和視頻相結合的教學資料并輔助必要的講解，這就是可視化教學[1]。這種教學的優勢是通過非語言信息的傳遞方式向學生傳授抽象的知識，使學生能夠直觀地理解復雜的過程，通過創建具有探索性和激勵性的環境激發學生的洞察力和創新精神。

可視化實驗教學具有可行性的理論基礎是基于腦科學理論，實驗表明，人腦在信息的提取方面，提取視覺信息的效果明顯好于語言信息[2]。所以，可視化的手段更符合大腦的認知方式，可視化的實驗模式在實驗教學中扮演者非常重要的角色。

學生在化學實驗方面的學習很大程度上依賴插圖，實驗的現象，包括有機部分會依賴于分子模型，如果教師在教學設計中多采用直觀的方式，將幫助學生們理解在廣泛的時間和空間上發生的復雜的化學反應過程，這種強有力的形象化的直覺工具在改變學生對科學領悟的思考方式方面也會發揮至關重要的作用。

可視化實驗教學具有可行性的實踐基礎是通過圖形工具能夠刺激人類的視覺和感知系統從而激發學生對真相的探索，這樣就增加了課堂的互動性和有效性，例如在課堂中教師可以拿出分子模型來解釋分子的結構，可以通過動畫來解釋化學反應中各種粒子的變化過程，或者通過MS(Material Studio)、Flash等計算機軟件模擬反應的過程，來解釋“真實世界”與“模型”之間的關系。由于外部動機對學生內心動力的影響很關鍵，所以可視化的實驗教學作為授課的一種協作工具來激發學生的學習激情是非常強的教學手段。

3 可視化實驗教學過程

當今的學生生活在知識大爆炸的時代，在這樣的社會背景下，學生對知識的接觸有多種方法，不僅僅只局限于書本以及教師的傳授，現代的學生非常迷戀網絡并且好奇心極強，教師不妨采用借助互聯網平臺以及讓學生親自實驗的可視化方式進行教學。在教學中采用兩種方式把傳統氯氣的性質實驗進行了改進，第一種是微格教學，指教師在課前錄制好關于實驗重難點操作的視頻和關于實驗安全的視頻，并通過將視頻傳到網絡上來讓學生觀看進行課前預習，例如通過微信，建立班級qq群，或者微博等，這種簡單快捷的方式不僅節約師生的時間，更能幫助理解能力弱的學生充分做好課前預習以適應課堂進度，還可以作為課程資源，待學生略有遺忘時幫助學生復習。第二種是采用微型實驗的授課方式讓學生實操，與傳統教師做演示實驗相比，同樣的藥品用量可以滿足班級的所有小組學生親自實驗，每位學生能夠通過實操觀察整個實驗過程的實驗現象，將氯氣性質的實驗可視化，不僅加強了學生的參與度，增加學生在課堂中的互動和沉浸，而且這種感覺運動經驗將使學生對科學知識的本質有著重要的認知影響，是培養學生科學素養的一個潛在的途徑。下面是氯氣性質實驗的具體教學過程。

3.1 教學準備環節

在課前教師要錄制兩個視頻，由于教學過程中需要學生動手實驗，而高中階段的學生接觸實驗的機會少，操作能力不強，所以在第一個視頻中教師應該明確指出如何避免實驗危險，第一，在氫氧化鈉與氯氣反應時生成的次氯酸鈉具有強氧化性，學生在實驗中禁止直接接觸這種生成物，在實驗結束時應嚴格按照廢棄物處理規則進行廢物處理，第二，氯氣是一種有毒氣體，如果實驗中將氯氣吸入體內將會產生急性呼吸系統損害，所以告誡學生必須遵守實驗規則，應該在通風櫥中進行實驗，同時也能避免污染環境。第二個視頻是關于實驗中的重難點和實驗要點視頻，第一，在這個視頻中應指出在滴加藥品時切記把藥品進行編號，以確保實驗現象與藥品能準確無誤的對應，第二，在取氯酸鉀固體以及每種液體藥品時要少量取用，避免浪費藥品，要體現微型實驗藥品少量效果明顯的優勢。接著將這兩個視頻傳到班級共享的網絡平臺上供學生們觀看預習，這種形式的教學從學生的視覺感知水平激發學生的興趣，使他們形成積極的學習態度，幫助學生更有針對性的進行預習。

3.2 學生預習環節

課前學生在網絡平臺上觀看視頻進行預習，視頻中的每部分內容都是教師精心設計的，包括文字，圖片，動畫，聲音以及模擬圖像等，視頻的趣味性強，能夠滿足學生的好奇心，學習方式從以往的聽變成了看更具有直觀性，在預習環節就能吸引學生的注意力，所以，學生在預習時會非常認真，大大提高學生的預習效果。

學生在認真觀看視頻的同時就會對不理解的知識產生疑問，而通過網絡平臺學生可以暢所欲言大膽說出自己的想法，教師也能在平臺上指導學生有針對性的查找資料，學生通過查找資料后同學之間在平臺上以課前小組討論的方式互動預先解決能解決的問題，并以小組為單位歸納出還存在的問題，解決不了的在課堂實驗中讓學生帶著問題進行探索，在這樣的教學模式中促進了學生與學生，學生與教師之間產生多向和雙向的交流。

3.3 學生實驗環節

讓學生拿一塊玻璃片放在一張白紙上，在玻璃片上標A、B、C、D四個位置，每個位置留有一定的距離，分別將藥品A.KBr溶液， B.KI溶液+淀粉溶液， C.NaOH溶液+酚酞溶液，D.FeSO4溶液+KSCN溶液，依次滴在玻璃板上A、B、C、D四個位置上，再夾取芝麻大小的KClO3固體放入四個位置中間，在KClO3上滴加濃鹽酸并在玻璃片上蓋上表面皿，實驗產生的現象分別為A位置溶液變為棕黃色；B位置溶液變為藍色；C位置溶液紅色退去；D位置溶液變為紅色。

當學生通過自己的努力看到與可視化視頻一樣的實驗現象時，會充分感受到學習化學的樂趣，而且微型實驗具有操作簡單又直觀的特點，對學生來說操作難度低學生能夠完成，所以學生在操作的過程中能夠獲得直接體驗并促進了思維的深化，這種實驗現象帶來的視覺沖擊有利于學生對知識的掌握。學生是課堂的主人，教師在課堂只起到指導作用。

3.4 反思與交流

在學生實驗時教師利用手機拍一些學生在實驗過程中存在的問題圖片，并將圖片在投影儀中進行播放讓學生觀看，根據這些情景教師來提出相應問題并讓學生反思和交流實驗中的不足，給學生一定的思考時間，課堂上借助現代化設備將課堂中出現的問題可視化，將學生隱含的實際問題外顯，再讓學生進行討論，能夠對知識進行更深層次的剖析，這樣的學習方式不但生動并且不容易遺忘。

4 總結

可視化實驗教學通過適當的媒介將信息直觀的傳授給學生，將傳統教學中的聽變成看和接觸，而且教師和學生都可以多方位的并準確及時的獲得反饋信息，教師能更有針對性的進行教學提高教學的實效性，同時學生從預習到實際操作中能夠獲得更直接的經驗，對知識的剖析的程度更深更不易遺忘，也促進了學生的多方面能力的提升。與傳統的高中實驗教學相比，可視化教學具有顯著的優勢。