信息技術與化學教學融合的實踐研究

陳文婷

摘要：以“弱電解質的電離平衡”的教學設計為例，基于翻轉課堂的教學模式，將信息技術融合入化學教學中，實現核心素養下的課堂轉型。

關鍵詞：核心素養;信息技術;翻轉課堂

文章編號：1008-0546（2019）10-0081-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.022

一、問題提出的背景

課堂是教育的主陣地，知識的教授、能力的培養、素養的提升都需依靠課堂教學。順應時代變遷而提出的“核心素養”理念，必將帶來課堂的轉型。課堂轉型，就是要從教學目標、教與學的內容、教師和學生的關系、教學方式和學習方式、教學評價等方面實現觀念和教學策略、方式方法的轉變。信息技術與化學教學的融合是中學化學教學方式的新變革，網絡技術、數字實驗儀器、教學軟件等越來越多地被利用于化學課堂。

翻轉課堂是近幾年教育者們關注較多的教學模式之一，其基本思路是在信息技術的環境中將傳統“課堂傳授知識，課后完成作業”的教學過程徹底翻轉過來，學生在課前通過觀看教學視頻、查閱資料、與老師同學在線交流等方式進行知識的學習;教師則利用大量課堂時間與學生進行交流、組織和參與小組活動、解答問題、指導學生完成作業等等。翻轉課堂教學模式改變了傳統的教學方式，形成了學生為主體的教學方式。從課前自主學習到課堂上的學習，都是在教師的設計和操控下進行，但教師的角色是“引導”，學生才是學習的“主體”。目前，翻轉課堂越來越受到重視和應用。本文以“弱電解質的電離平衡”一課為例，進行信息技術與化學教學融合的實踐研究。

二、核心素養下基于翻轉課堂的教學設計

1.教材分析與學情分析

本節課選自蘇教版選修4《化學反應原理》專題三第一單元第二課時“弱電解質的電離平衡”，內容包括弱電解質在水溶液中存在的電離平衡、電離平衡常數及電離度的概念。掌握好弱電解質的電離平衡，為接下來學習鹽類的水解平衡、沉淀的溶解平衡做好鋪墊。

本單元第一課時中學生已經掌握了強弱電解質的概念及電離方程式的書寫，為學習弱電解質的電離平衡奠定了一定的基礎。而且在專題二中學生已經學習了化學平衡的相關知識，電離平衡是化學平衡的一種，學生已經具備了分析電離平衡的理論基礎。但是，學生對化學平衡的認識還停留在靜態的層面上，對于動態的平衡還存在認識缺陷，同時從化學平衡移動遷移到電離平衡移動也存在一定的障礙。

2.UMU介紹

本節翻轉課堂采用UMU軟件。UMU是一款新的互動學習平臺。課堂上有限的時間內互動機會非常有限，通過UMU可以將現有的課件視頻轉化為在線互動課程;還可以輕松制作高質量微課;可以通過UMU進行課程直播，完成后直播視頻就自動進入知識庫供日后使用;可發布問卷，收集受訪者的答案，并進行統計。學生可在電腦端或移動設備終端使用。

3.教學目標

（1）通過醋酸電離的微觀動態模型，建立醋酸弱電解質的電離平衡概念，形成微粒觀。

（2）通過實驗探究方案設計，并利用pH傳感器測定醋酸在不同條件下的pH，認識弱電解質電離平衡移動的影響因素。認識化學實驗是研究物質的基本方法，體會實驗條件控制對完成科學實驗及探究活動的作用。發展學生對化學實驗探究活動的好奇心和興趣，養成注重實證、嚴謹的科學態度。

（3）通過數據的分析，從定量的角度對弱電解質的電離平衡及其影響因素進行深度剖析，讓學生感悟數據美的同時，邏輯推理能力和數據運用能力得到提升。

4.設計思路

新的課程標準提出內容要求“認識弱電解質在水溶液中存在電離平衡，了解電離平衡常數的含義。”而且提出通過這塊的教學“形成并發展學生的微粒觀、平衡觀和守恒觀”。

基于課標的要求及發展學生化學核心素養的目的，并結合學生存在的問題，本節課的教學設計重難點放在了弱電解質電離平衡的建立、移動、電離平衡常數三個方面的教學上。教學流程如圖1。

5.主要環節和設計意圖

[主要環節1]微課視頻課前學習

利用UMU軟件發布微視頻（回顧弱電解質醋酸在溶液中的微粒存在形式、醋酸的電離平衡的形成過程），學生課前自主學習，回答有關電離平衡的問題并提交答案，教師利用UMU后臺統計答案。另外，基于學生已有平衡移動影響因素的知識基礎，讓學生提出使醋酸電離平衡發生移動的實驗方案，匯總學生的答題情況。

設計意圖：第一個視頻從微觀角度，引導學生認識弱電解質的電離是一個可逆過程，離子與分子共同存在，形成“微粒觀”，制作微視頻的時候也注重了離子與分子的數量比例，讓學生觀察得出電離是微弱的。第二個視頻，在第一個視頻的基礎上，引出電離平衡的建立過程，并講解電離平衡的特征“動、等、逆、定、變”，得出了醋酸的電離方程式CH3COOH≒CH3COO-+W。接著引導學生思考問題1“改變什么條件可破壞此電離平衡？如何設計實驗？”問題2“如何測定條件改變后，平衡移動了？”讓學生對電離平衡及移動有初步的認識和思考。

[主要環節2]課堂教學之情境創設激發興趣

血液中的電離平衡：正常血液的pH范圍為7.357.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒HzCO3≒H+HCOg。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就會有生命危險。

設計意圖：讓學生感受到化學在生活中的應用，化學其實離我們并不遠，激發學生對電離平衡移動的探究興趣。

[主要環節3]課堂教學之問題討論設計實驗

從血液中存在的電離平衡切人，外界條件改變會破壞電離平衡。引出醋酸電離平衡移動的課前實驗設計。展示學生在UMU上提交的實驗方案，先由學生自評，再互評。部分學生提出方案如下：

學生A：加入NaOH，加入HCI，加入醋酸濃溶液。

學生B：加入硫酸，加入醋酸鈉。

學生c：加入NaOH，加熱醋酸溶液。

引導學生從之前學過的平衡移動的影響因素，分析評價自己所提出的方案。總結出應從濃度、溫度（溶液體系中不考慮壓強的影響）兩個方面改變外界因素，濃度可以從反應物濃度增加（加入醋酸固體）、反應物濃度降低（加水稀釋）、生成物濃度增加（加入醋酸鈉固體、鹽酸等）、生成物濃度降低（加入NaOH等）這些措施實現，溫度改變可以通過加熱來實現。從而明確實驗設計思路，提高學生設計實驗的能力。

繼續追問：如何判斷平衡移動了？學生提出可通過測定溶液的pH。

設計意圖：實驗是化學學科的重要特征，化學實驗對發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。教師應有效地組織和實施實驗探究教學，增進學生對科學探究的理解，發展科學探究的能力。利用學生自評和互評、教師引導，提高學生設計實驗的能力。而且通過學生自評和互評、教師評價，實施“教一學一評一體化”，實現日常學習評價促進學生化學學科核心素養的發展，轉變學生的學習方式。

[主要環節4]課堂教學之實驗探究交流歸納

經過環節3學生探討梳理出了最終的實驗方案，教師補充。分組進行實驗。

（1）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液

（2）取10mL 1.0tool·L^-1的醋酸溶液

（3）取10mL 0.1too|·L^-1的醋酸溶液，加入少量的醋酸鈉固體

（4）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液，加熱

分別用pH傳感器測定四份試樣pH，比較數值大小，并分析電離平衡移動方向，及溶液中重要離子濃度的變化趨勢，填入表1。

告知學生氫離子濃度與pH的轉化關系。通過數據的比較認識到電離平衡的移動。尤其引導學生對比分析1.0tool·L^-1和0.1mol·L^-1兩組測定的pH數值，雖然濃度稀釋10倍，但是pH的變化并不是1，而是小于1，說明稀釋醋酸溶液，電離平衡正向移動。

下面是學生測定的部分pH數據。（見圖2、圖3、圖4、圖5）

設計意圖：學生動手實驗，培養學生的動手能力。結合信息技術手段，引導學生分析數據，從數據的角度認識物質反應的本質，培養學生的分析能力。讓學生從定性認識向定量認識轉變。從數據的角度認識物質變化的本質，更具說服力。

[主要環節5]課堂教學之播放微視頻數據說話

播放關于電離平衡常數和電離度的教學，引導學生計算課本65頁表3-3（本文表2）的相關數據，進而分析數據規律，得出結論：一是溫度不變，電離平衡常數不變，電離平衡常數與初始濃度無關;二是醋酸溶液稀釋10倍，氫離子濃度并非原來的1/10，醋酸電離度反而增大，說明“越稀越易電離”。這也與之前pH數值測定后的分析結果是一致的，強化了學生的理解。

設計意圖：學生練習數據分析，比較濃稀酸溶液的電離度和平衡常數，從數據分析的角度再次證明了醋酸電離平衡的存在和移動。提高學生分析數據的能力。

[主要環節6]遷移提升總結升華

血液中的電離平衡：正常血液的pH范圍為7.35-7.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒H2CO3≒H+HCO3^-。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就會有生命危險。請從弱電解質的電離平衡角度解釋上述現象。

請查閱資料并思考（1）嬰兒長時間啼哭，會使體內損失大量的CO2，血液的pH升高，導致堿中毒，請用平衡移動的原理解釋上述事實。（2）當人受螞蟻叮咬時，皮膚上會起小皰，這是因為螞蟻向人體注入一種含有蟻酸（甲酸HCOOH）的液體，破壞了人體血液中的酸堿平衡。請用平衡移動的原理解釋上述事實。請大家歸納總結本課所學內容。

設計意圖：學以致用，學習了電離平衡移動的知識，并進行遷移用于解釋其他的平衡。血液中平衡的分析與課的開始相呼應，感受化學與生產生活的聯系，也開闊了學生的視野。

三、反思

課后筆者與部分學生進行了談話。學生認為課前微視頻的學習起到了很好的作用，提前了解本節課所要學習的內容，結合課前的習題，幫助他們更深入地理解電離平衡這一理論;提前進行實驗方案的設計，留有更充裕的時間，可以更深入、全面地設計方案。有了之前一系列的準備，課堂上的效率更高，加深了對電離平衡的認識，同時也獲得了研究平衡問題的一般方法。而且學生對于利用實驗所測得的pH來解釋平衡移動這部分內容印象深刻，覺得數據分析促進他們更好地理解電離平衡的移動。

回顧本節課的整體教學，筆者有以下幾點思考。

1.翻轉課堂并非單純的課前預習。課前視頻的制作和選取均要精心挑選，直指教學目標，而且需要結合練習題反饋，練習題反饋應能體現學生的知識和理解的缺漏，暴露出問題，這樣才能在課堂上及時糾正，提高教學的時效性。所以，翻轉課堂備課量和強度更大，對教師的要求更高。

2.本節課的設計主要以學生探究實驗為主線，并結合分析實驗數據，得出實驗結論。在傳統的課堂中，由于時間的限制，學生無法充分討論、實驗。翻轉課堂的引入，將學生認識知識點和部分的思考提前完成，為重要的討論、思維的引導、實驗的實施等在課堂上預留出足夠的時間。

翻轉課堂是對傳統課堂的顛覆，翻轉課堂是利用信息技術促進核心素養下課堂轉型的大膽嘗試。本教學設計嘗試將這一新穎的教學模式應用于化學原理的教學中，提高課堂教學的效率，促進學生化學核心素養的發展，例如利用實驗解決化學問題的能力素養、數據分析能力素養等等。當然，在教學中筆者也感到還有很多問題有待改進，比如教師的信息技術能力有限、學生課前自主學習的方法和習慣還需進行指導等。