融合科學技術場景，驅動學生深度學習

福建省惠安第三中學 莊曉東

中考化學實驗試題承載著從化學知識、化學基本實驗技能、化學學科思想方法、科學創新意識和實驗探究能力多角度考查學生的學科能力，綜合評價學生科學素養發展水平的功能。近幾年的福建省中考化學卷的考題中充分體現了“立德樹人、導向教學、服務選拔”的命題思想，緊扣九年級化學啟蒙特點，以貼近學生生活實踐和當前科技成果創設真實背景，考題注重化學學科核心知識的考查，體現化學學科基礎要求，檢測學生學業達標水平；考題注重理論聯系實際，彰顯化學學科在生活、生產中的價值，體現學科的實踐性和應用性要求，考查學生知識的應用能力和學科素養。因此，在初中化學教學中需要引導學生聚焦化學學科核心素養，領悟化學學科思想，融合現代教育技術，驅動學生深度學習，本文將談談筆者在教學中的幾點思考。

一、新中考下的化學試題的分析

近幾年，福建省中考化學試題呈現高中化學知識“下沉”現象，有高考命題的影子，重視化學學科素養和學科“雙基”的考查，在實驗考查方面主要呈現如下的特征：（1）注重化學學科基本實驗技能考查，如2018年福建省中考化學試題第13小題，目的是考查學生運用蒸發和溶解這一化學基本實驗技能，以“敞鍋熬鹽”工藝為背景，以初中學生喜聞樂見的文字、圖表形式呈現信息，試題立意明確，場景表達清晰，考查學生在新場景下對物質分離和提純的化學方法和知識的遷移應用能力；（2）注重化學學科核心素養考查，如2020年福建省中考化學試題第14小題，命題組以簡化的“煤炭轉化天然氣”為背景，以工業流程圖形式呈現物質及其轉化關系，體現環保思想和循環經濟等科學發展觀，同時考查化學反應類型、化學反應方程式等內容，檢測學生對化學反應規律的認識，以及其在生產實踐中的應用，試題凸顯化學學科價值；（3）注重創新意識和探究能力考查，如2021年福建省中考化學試題第14小題，試題信息以工業流程圖的形式結合高效催化反應微觀模型為背景呈現，考查學生從題中信息提取相關化學反應原理的能力，要求學生通過觀察微觀模型圖，結合已有的CH4、CO2、H2O分子模型知識，尋找解題線索，解決問題，考查了學生對分子模型的掌握、對催化過程的理解，以及有關化學反應方程式的書寫。試題體現化學學科在原子、分子水平上研究物質及其變化的基本思想，以“宏觀、微觀、符號”相互關聯為特征的學科思維模式，重點考查了學生“微觀探析”“模型認知”等學科核心素養。這提示我們化學學科教學不僅要讓學生掌握化學知識，更應注重揭示化學學科特質、培育科學思維、發展科學素養。

二、新中考下的實驗教學的思考

（一）深耕課本典型實驗，滲透學科核心素養

化學實驗是研究、學習物質及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑。學生具備基本的化學實驗技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證。傳統實驗教學只是“把教學同實驗捆綁在一起”，不少教師在課堂教學中僅僅把實驗目的、化學反應原理、實驗儀器和實驗裝置、實驗操作步驟和實驗現象、推論、解釋等在課堂上灌輸給學生，使實驗淪為知識灌輸的附庸，然后學生按部就班地動手“分組實驗”，不能很好地體會到探究實驗過程中所獲得的探究學習樂趣，學生課后也不能積極反思，重構實驗過程，使得實驗操作缺失思維過程，導致學生不能真正掌握正確的基本操作技能。因此，教師應該深入研究化學教材中的典型實驗，通過問題引導學生思考實驗操作的原因、現象，加深學生的印象，培養學科核心素養。

例如，普通裝置的氣密性檢查：把導管的一端浸沒在水里，雙手緊貼容器外壁，若導管口有氣泡冒出，松開手后燒杯中的導管內形成液柱，則裝置不漏氣。教學時設計如下問題組織學生討論：是先裝藥品，如高錳酸鉀，還是先檢查氣密性？檢查氣密性的原理是什么？操作有先后順序嗎？順序相反可能會有什么后果？松開手后會有什么現象？出現什么現象就能說明氣密性好？對問題進行分層次的分解討論，能讓學生明白每一步實驗操作的工作原理，加深學生對基本實驗技能的理解，激活學生思維參與實驗過程。

（二）重視探究環節設計，培養學科創新思維

實驗是化學學科教學的基礎，科學合理的實驗探究是教學實施的前提條件，在教學過程中，教師需要強調學生在“做科學”的探究實踐活動中逐步形成創新意識，培養學生的探究能力。例如，“高錳酸鉀制取氧氣”是初中化學的一個重要基礎實驗，它的目標是通過該實驗引導學生自主分析氣體的制取與收集，提高學生實驗操作能力，但傳統實驗演示過程中，由于實驗儀器和裝配過程中的條件限制，實驗時存在明火加熱、操作不當、實驗失誤等問題。該實驗主要存在三大不良因素：（1）儀器裝置氣密性差；（2）裝置未冷卻至室溫立即打開止水夾；（3）收集方法的操作不當等。因此教師需要重新設計教學方案，結合傳統實驗演示和多媒體虛擬實驗相輔相成。筆者的設計方案如下：首先演示傳統實驗，再結合多媒體虛擬實驗平臺，通過虛擬實驗與傳統實驗的相輔相成，實現課堂教學的再優化，指導學生進行思考驗證，并利用多媒體虛擬實驗平臺自由組裝實驗裝置，解決難以理解的問題。優化后的課堂教學使化學的學習變得更有趣味。

三、實驗教學典型案例

基于對教材的深度理解，日常教學中，筆者認真研究了教材并選擇了適當的題材進行二次加工，努力創設新情景，推動學科教學的深化。

隨著人們生活水平的不斷提高，飲用水的質量要求已經引起廣大學生的關注，但學生對水的凈化過程以及水資源的利用仍然存在片面理解的問題。因此在關于“水”的凈化的教學設計中，可以將“雨水凈化”作為案例，首先引入介紹自來水廠生產過程的流程圖與自來水廠生產短片，展示課本中的圖片，使學生對自來水生產過程有初步的認識；再通過隨堂實驗，講解渾濁的雨水通過混凝靜置、沉淀、砂濾過濾、活性炭吸附、消毒劑消毒、管道輸送等流程，重點講解過濾的凈化過程，以及其中涉及的儀器、裝置、操作過程、注意事項等；然后利用虛擬實驗教學軟件（見圖1），與學生互動討論。結合日常生活中水壺或盛水器具上結水垢的經驗，設問：水中的可溶性雜質如何去除？導入硬水和軟水的鑒別，讓學生討論硬水的軟化方案，繼續提供蒸餾裝置、化學實驗廢水處理裝置、家用凈水器濾芯等實物和圖片。以期通過本課時的教學達到傳授化學學科知識，體現學科價值，喚醒學生對水資源的合理利用意識，構建環保理念的目標。

圖1

關于“金屬的冶煉與利用”教學，課本以工業上“鐵的冶煉”為背景，對生產原理、生產設備等方面進行了探討與研究，一氧化碳與氧化鐵反應的實驗是學生學習本節課內容的關鍵，理解并掌握實驗裝置、儀器認識、化學反應原理以及實驗注意事項是本節課的重點和難點所在。由于課本提供的反應裝置比較大型，在講桌上不易擺放，一氧化碳有毒，無法獲得較純的一氧化碳氣體，而一氧化碳不純導致爆炸等問題，該實驗無法在課堂上實現，因此引入Nobook算法引擎進行虛擬實驗（見圖2）。

圖2

具體教學設計如下：（1）金屬元素在自然界中的存在形式：大多數金屬以化合物形式存在（除Au、Ag、Pt等外），提供標本展示（見圖3）。（2）通過圖表展示地殼中金屬含量圖和中國鐵礦石的分布圖。（3）討論如何把鐵礦為原料的化合物變為金屬鐵，引入工業煉鐵的視頻，指導學生閱讀課本相關知識，鏈接Nobook虛擬實驗客戶端，調取上述課件，從實驗目的、實驗原理、裝置原理、操作原理、實驗現象及其推理、尾氣處理、實驗注意事項等方面與學生互動討論。（4）展示高爐煉鐵模型，歸納總結。

圖3

在本節課中，選擇虛擬實驗和視頻播放的教學方法，可以讓學生學會選擇合適的實驗儀器組裝實驗裝置、針對實驗裝置思考實驗步驟等。在信息的獲取、分析、處理上能充分發揮學生的積極性及主動性，讓其在完成學習任務的同時，明白共同合作與相互交流的重要性。在虛擬實驗合作探究活動中，學生的參與度與操作熟練度有所不同：有的學生能夠積極進行實驗操作，很好地參與到課堂教學活動中；有的學生由于思考與分析問題不夠深入，實驗操作就較為不熟練，所用時間較長；一些小組的學生操作較快，所用時間相對較短。對于這種情況，教師要在實驗中多觀察，與學生平等交流、討論，在學習方法上進行點撥，引導其思考實驗操作思路。當然，在探究實驗過程中，必要時也不妨與學生進行合作，努力促使學生在創造性獲取知識的同時，強化其科學探究能力的培養，使學生進一步認識科學探究的一般步驟。

四、現代教育技術應用分析

Nobook是北京樂步教育科技有限公司開發的、以AI算法為引擎的虛擬實驗平臺，配置了典型的教學模板，提供了自主組合模式，可以實現人機互動，對化學實驗前預習或實驗后的討論分析、實驗設計等能提供很好的幫助，可以在一定程度上完成傳統實驗不能完成的工作。

各種探究儀器傳感器與計算機的連接，使氣體的定性與定量測定變得更輕松，如二氧化碳、氧氣的測定等。

視頻的拍攝可以幫助教師把場外的實驗場景搬入課堂。

隨著現代課堂教學設備的配置，微課應用視頻、PPT、白板等新技術，以短小精悍的特點解決了教學中存在的問題，并被廣泛應用于教學過程中。

隨著云計算技術、AI人工智能、多媒體技術、5G網絡通信技術等信息技術的高速發展，教育技術的現代性很好且恰當地融入課堂教學中，包括實驗教學。利用現代教育技術的仿真、模擬、云計算、網絡等功能，具體化了抽象的東西，動態化了靜態的內容，讓學生可以更好地觀察、體驗及感受事物發展的微觀現象。在使微觀直觀化的同時，實現對“量變現象”的觀察。課堂教學中有著各種難以突破的重難點，如何把它們生動形象地表現出來是一個教學難題。現在，教師可以通過現代教育技術的可重復性，調動學生的學習積極性，幫助學生理解和記憶實驗學知識，充分體現學生的主體地位，讓學生成為知識的建構者，使學生可以有效地掌握知識和技能，改變學生學習的方法和過程，影響學生的情感態度與價值觀，從而培養學生的能力，發展學生的智力。

新的教育技術的升級與教學應用軟件的不斷開發利用，對傳統的教學模式發出了挑戰，教師必須與時俱進，不斷地掌握新技術，立足化學學科核心思想，以培育學生學科素養為目的，對教材進行二次開發，靈活選擇合適的教育技術手段，融合科學與技術的交匯點，驅動學生深度學習，構建高效課堂。