基于手持技術與虛擬軟件的高中化學實驗實踐研究

文/中山市小欖中學 章塄丹 朱江

一、問題的提出

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗可以最大程度調動學生的感官獲取，理解相關的化學核心知識，逐步形成必備的技能，關鍵能力，進而培育化學學科核心素養?；瘜W實驗是中學化學新一輪課程改革的關鍵一環，是基礎教育課程改革的重中之重。然而，在現實的化學實驗教學中，還存在一些問題。筆者發現，虛擬實驗軟件也可以作為手持技術的有效補充實驗手段，技術手段的協同可以取得更好，更明顯的教學效果。協同手持技術與虛擬實驗軟件進行實驗教學，既能模擬真實的化學反應探討微觀與宏觀的反應現象之間的關系，獲得化學反應的本質；又能夠讓學生在真實的實驗操作使學生獲得必備的關鍵能力與品質，發展核心素養。而如何協同虛擬實驗軟件來輔助手持技術的實驗教學，將成為本文重點研究的內容。

二、研究框架

1.概念界定。手持技術集合多種傳感器技術，借助計算機實現了收集到信號進行處理和輸出，呈現宏觀圖像的一項計算機技術，是宏觀化學反應現象有力驗證。手持技術作為化學實驗教學輔助工具之一，對實驗的改革和發展起著重要的作用，它具有很多優點：如（1）準確；（2）微型化；（3）實時；（4）直觀；通過配套數據處理軟件，還能對數據進行實時的分析、處理，呈現直觀的曲線結果。

2.研究目標。（1）輔助教師的實驗教學和學生的探究性學習，發展學生的實驗探究學科素養，喚醒學生內心深處的探索欲，尊重學生的主體地位，在做中學。（2）實現“宏觀-微觀-符號-曲線”四重表征方法，使得學生對化學反應實質更容易理解，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的學科核心素養。（3）協同性技術的實驗教學方式，實現教學內容的有趣性，為化學實驗教學探索提供一點經驗。

3.研究內容?；趯嶒灲虒W可操作性原則，同時在學生已有相關化學反應平衡知識的基礎，選取了人教版選擇性必修1《化學反應原理》第三章-水溶液中的離子反應與平衡這一部分進行高中化學實驗實踐研究?！叭蹼娊赓|的電離平衡”“酸堿中和滴定”“鹽類的水解平衡”“難溶電解質的沉淀溶解平衡”的內容教學可借助手持技術對于溶液電導率表征，輔以虛擬實驗進行微觀粒子行為的可視化表征，可設計成探究性的實驗。在進行教學設計時，需結合宏觀反應現象與微觀本質，讓學生通過真實實驗反應現象，尋找反應特征，進而分析得到反應實質。協同性技術開展有利于建立探究性學習模式，培養發展學生化學學科核心素養。

三、研究思路方法

1.研究的基本思路。本文主要運用了文獻研究法來界定手持技術和虛擬實驗的概念，以及在此類實驗教學中學生所需要達到的化學學科核心素養，關鍵能力與思維品質。然后以《新課標》和《全國統一考試大綱》為設計前提，再參照自然科學探究的一般流程，結合高中化學實驗教學現狀提出基于手持技術和虛擬實驗協同的高中化學實驗教學活動初步設計-以《水溶液中的離子平衡》為例，其包括教學理論分析、學習目標分析、教學設計，實施條件等方面。

2.具體的研究方法。（1）文獻研究法。文獻研究法主要是充分閱讀文獻并對國內外文獻進行研究，分析手持技術和虛擬實驗在化學實驗教學研究的內容、方法。（2）調查研究法。問卷調查和訪談。在教學案例實施前，對學生進行問卷調查，意在修改教學實施路線。然后在每次教學后，進行相應的學生訪談，以求下一輪教學更有針對性。（3）課堂觀察法。具有明確目標的研究者，直接或間接從真實課堂中獲得第一手數據，并依據數據所反饋的結果作為后續研究的教育科學研究方法。

四、結論與展望

從教學實踐中可以得出，學生在學習選擇性必修1 章節中水溶液的離子平衡難以理解微觀抽象的離子反應。而借助協同性技術的實驗教學，將能很好地化抽象為具體，化微觀為宏觀。手持技術能實時呈現化學反應具象，輔以虛擬實驗軟件模擬真實的微觀化學反應下的離子行為，來加深學生對微粒行為的理解，并幫助學生提升高階思維能力。有以下的幾個創新點：（1）數字化的化學實驗課堂更加有趣，使學生能看到離子反應的變化過程，微觀模擬離子反應能迅速幫助學生理解抽象概念。（2）手持技術呈現實時，直觀的實驗數據變化；虛擬實驗軟件的使用，能幫助學生更好地理解水溶液中微粒間抽象反應歷程。（3）協同手持技術和虛擬實驗軟件能實現高效的實驗教學效果?；诤晡⒔Y合的基礎，開發了可行性的教學技術路線，為一線高中化學實驗教學提供借鑒。