基于在線課堂背景下初中化學實驗教學探究

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近十年來，智能手機飛速發展，網絡資費大幅降低，2014年國家教育部下發文件，提出要在2015年前實現全國各地各級學校“互聯網”全覆蓋，自此“在線教育”的浪潮逐漸席卷，對傳統的課堂模式發起了挑戰。初中化學類課程包含著大量演示實驗，原本就會由于實驗儀器不足、實驗室開放時間不夠、教師精力有限或部分實驗存在一定危險性等原因，導致效果不理想，今年更是因隔離需要，無法保證學生動手實驗的機會。然而無論對教師還是學生來說，這種情況既是挑戰也是機遇，化學實驗實踐性不足可以通過技術手段盡力彌補，同時還能進一步保障實驗安全性和資源充足性。只要巧妙利用現代信息技術的變革，適時轉變教與學的模式，就能實現教育領域的不斷蛻變。

一、課前化學實驗資源包

在線課堂主要分為兩個部分：學生端和教師端，教師端最重要的任務就是制作學習資源包，供學生學習使用，并作為導入引起最初的學習興趣。線下實驗時，教師能夠結合手邊的儀器和試劑對實驗操作和安全事項進行細致講解，但改為線上后，就需要依靠資源包將儀器、試劑介紹、操作規范、安全事項以及實驗原理分析等，以圖片、動畫、視頻的形式集中呈現，方便學生在課前就可以自由下載、自行學習。比如在進行演示實驗“NaOH溶液和鹽酸的反應”前，教師便可以在導入微視頻中加入一些生活中常見的問題：為什么復方氫氧化鋁可以治療胃酸過多？為什么熟石灰可以用來處理泄露的強酸？為什么可以用石灰來平衡土壤的酸堿度？這幾個現象的共同點是什么？隨后，使用ipad 等設備錄制微課《中和反應》，并通過flash動畫等，從微觀層面解析酸中的氫離子和堿中的氫氧根離子生成水的動態過程，使該反應一目了然、生動有趣。與此同時，在線課堂學生端的配合也必不可少。教師將打包好的學習資源上傳后，學生需要及時下載，認真瀏覽，并結合資源包中的知識點以及設計好的問題，收集相關資料，做好預習工作。在“中和反應”這一課中，學生需要在課前總結相關案例的知識點，例如胃舒平的主要化學成分為氫氧化鋁，而人體胃酸主要由鹽酸構成，兩者一酸一堿，能夠發生中和；熟石灰即氫氧化鈣，偏堿性，可與酸發生反應，也能夠平衡酸性土壤的酸堿度。通過生活化案例，學生預先對中和反應形成了初步了解，在后續的原理分析以及實際操作中會更加自如。

二、可交互的數字化實驗

化學學科實踐性強，需要親自動手、反復練習才能熟練掌握其中所包含的知識，許多教育工作者嘗試利用數字化實驗技術改進傳統的化學實驗教學。數字化實驗具體來說，就是在計算機平臺的使用基礎上，依靠真實實驗來完成的實驗，包括虛擬實驗仿真環境、借助傳感器的實驗以及多媒體呈現的實驗，沉浸度高、交互性強、不受時空限制也無須考慮實驗試劑和儀器的損耗，這也是彌補線上授課實踐性不足的主要途徑。其中，虛擬實驗練習還能依據學生不同需求切換不同模式，如實驗演示模式、含提示模式、不含提示模式以及測試模式，可以滿足學生對于實驗流程完整演示、分步操作以及自我檢測等不同需要。依舊以“NaOH溶液和鹽酸的反應”這一實驗為例，虛擬實驗環境將在屏幕上呈現實驗所需要的儀器和試劑，如燒杯、數字溫度計、NaOH 溶液、酚酞以及鹽酸。學生點擊裝有NaOH溶液的燒杯和酚酞，就能向燒杯中滴入酚酞，NaOH 溶液變紅，而隨著鹽酸的逐漸加入，紅色溶液逐漸變淺，最終呈現無色。且在溶液變色之際，使用溫度計靠近會發現溫度不斷升高，說明該反應放熱。再向無色溶液中重新滴入NaOH，溶液再度變回紅色，說明溶液中的酚酞沒有發生反應，反應的是鹽酸和NaOH溶液，酚酞在整個實驗過程中起到將反應明顯化的對照作用。雖然學生沒有親自觸碰儀器和試劑，但虛擬實驗的高仿真性能在一定程度上補充學生的體驗感，同時還能避免學生因操作漏洞導致實驗不成功。當然，虛擬實驗環境對于技術的要求更高，需要耗費更多精力進行開發，以保證學生獲得最貼近真實的體驗感。

三、個性化探究交流空間

以往線下學生在實施實驗步驟時，教師可以在實驗室里走動巡視，觀察各個學生的操作情況，并及時糾正問題。而在線課堂所能提供的替代性虛擬實驗，則要以更多方式保證交流及反饋。一方面，在線課堂教師端必須能夠全面監測到學生各自的操作屏幕，掌握好每位學生的實驗進度，并根據不同情況提供針對性指導。另一方面，在線課堂也需要提供公共交流討論區域，促進學生通過即時通信，在評論區與同學或教師進行溝通，使得化學實驗課堂更加高效。比如，在“NaOH溶液和鹽酸的反應”這一實驗中，不少學生在自主學習時不太能理解加入酚酞的作用，即使學習資料中備注了酚酞的作用是使現象明顯化，但部分學生依舊無法理解為什么再度加入NaOH 后溶液變色就說明只和鹽酸發生了反應，無法理解從這個現象到結論之間的邏輯關系。資料包和微課由于傳播符號的限制，始終無法取代人際溝通交流。在線課堂學生端還提供了討論區、即時通訊等，便于學生在組內及時提出質疑、交換感受、溝通看法、互相糾錯以及查漏補缺。

在線課堂雖然被認為是教學的重大技術變革，但仍存在諸多技術問題，虛擬實驗環境與實際操作之間的差距如何填補、學生自主學習與教師指導性如何有機結合等，都還需要教師和學生擁有對信息技術更高的駕馭能力。