信息技術與高中化學實驗教學融合的應用實踐

摘 要：信息技術與高中化學實驗教學融合，可以通過運用希沃投屏直觀展示教學、運用NOBOOK實驗進行虛擬實驗操作以及運用Plickers卡片即時互動反饋等多途徑實現，引導學生沉浸于學習之中，實現深度學習，有效發展學生化學學科核心素養。

關鍵詞：NOBOOK；Plickers；信息技術融合；核心素養

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）29-0106-05

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確提出，要創新實驗教學方式。對于因受時空限制而在現實世界中無法觀察和控制的事物和現象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環境有危害的實驗，可用增強現實、虛擬現實等技術手段呈現［1］。在信息時代的迅猛浪潮中，“互聯網+教育”模式已成為教學革新的必由之路。新課程改革自實施以來，課堂教學的焦點正悄然發生轉變，由以教師“教”為中心，逐步過渡到以學生“學”為核心，這一變革凸顯了教師及時獲取學生反饋信息的重要性。調研結果顯示，傳統課堂教學在收集學生反饋信息時，往往依賴于師生間的直接對話，這種方式雖直接卻存在明顯局限：忽視了學生間的個體差異，覆蓋面窄，不能迅速而精確地評估學生對特定知識點的掌握程度。盡管部分前沿學校已通過引入平板電腦構建智慧課堂，實現了對學生數據的即時收集與分析，但高昂的硬件門檻及后續的維護管理成本，成為阻礙其普及的“攔路虎”，使得眾多學校對此只能遠觀而不敢輕易嘗試。正是在此背景下，Plickers軟件應運而生，它以創新的方式有效破解了上述難題。Plickers不僅能夠低成本、高效率地收集學生的課堂反饋，還能確保反饋的廣泛性和準確性，從而幫助教師更精準地把握學情，調整教學策略，真正實現因材施教，推動教學質量與效率雙重提高。本研究以“氯氣的實驗室制法”為教學范例，巧妙使用希沃投屏的直觀教學展示、NOBOOK實驗的虛擬操作體驗以及Plickers卡片的即時互動反饋等多重技術手段，深度挖掘并實踐化學教學中多種新興教育工具的整合應用之道。

一、研究背景分析

（一）課標分析

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）鼓勵教師運用現代教育技術，強化信息技術與化學教學的深度融合，注重發揮信息技術在學生化學學習的工具價值，積極探索現代信息技術與化學實驗的深度融合，合理運用計算機模擬實驗，但不能完全替代真實的化學實驗［2］。將高中化學教學與信息技術深度融合，設計貼近實際生活的情境、設置富有挑戰性的問題，營造一個鼓勵學生主動探索、促進多向互動與合作交流的學習環境，不僅有助于深化學生對化學知識的理解和應用，還在潛移默化中培養了學生的化學學科核心素養，發展學生科學思維與高階能力。

（二）希沃白板應用分析

希沃一體機的誕生，是在電子白板基礎上的一次重大飛躍，它巧妙地融合了智能手機開展互動，將智能手機的便捷性帶入課堂教學，極大地提高了教學便捷性、師生互動性和課堂效率。希沃軟件體系分為備課與授課兩大模塊：備課階段，教師只需在個人電腦安裝希沃5軟件并登錄賬號，即可輕松導入并編輯課件；授課時，教師提前在手機端下載希沃白板5App，并確保一體機與手機同時連接同一網絡，即可一鍵啟動授課模式，使用“拍照上傳”“手機投屏”等功能。這些功能不僅允許即時拍攝并上傳圖片至一體機展示，還支持對圖片內容直接批注，極大地豐富了教學手段。特別是“手機投屏”功能，實現了手機屏幕與一體機屏幕的即時同步，讓演示更加直觀靈活，有效解決了傳統教學方式中需預先準備圖片素材的煩瑣。此外，希沃一體機的白板授課模式還集成了“班級優化大師”這一課堂管理工具，允許教師導入學生名單，并在課堂提問時采用隨機抽取的方式增加趣味性，同時結合點贊、紅花、評語等多種在線及量化評價方式，營造出既緊張又充滿樂趣的學習氛圍，極大地促進了師生關系和諧發展，提高學生的課堂參與度。

（三）NOBOOK實驗應用分析

虛擬實驗為實驗教學信息化開辟了一條道路，也帶來了一種新的教學體驗［3］。虛擬仿真實驗是通過現代教育技術（多媒體、計算機、傳感器）而建立的一種新型實驗系統，它允許實驗者借助實驗器材在實驗平臺上模擬真實化學實驗的全過程［4］。此過程中，實驗者能夠觀察到與真實實驗無異的現象，有效達成教學目的。NOBOOK虛擬實驗室作為北京樂步教育科技有限公司開發的一款實驗軟件，已成功進駐希沃白板，在使用時僅需登錄希沃白板5軟件，即可在“學科工具”中找到“NB實驗”，選擇相應的教材與學段，并插入所需實驗，即可輕松開展虛擬實驗。操作簡單，部分實驗不需會員，實驗現象真實生動；即便是涉及有毒物質、可能產生污染或是對實驗條件要求極為苛刻的實驗，也能在虛擬環境中安全、順暢地進行操作與演示。

（四）Plickers軟件應用分析

Plickers是一款免費的課堂即時評價軟件，Plickers官方網站上有40張不同編碼的圖片，目前僅適用于少于40人班額，題型僅針對單項選擇題。在課堂互動教學中，教師只需借助一部智能手機與預先分發、帶有唯一識別碼的Plickers卡片即可簡化選擇題反饋流程。每名學生手持一張卡片，每張卡片上設有唯一的序號，并在四邊分別清晰標注了A、B、C、D四個選項。在進行選擇題作答時，學生僅需將代表正確答案的一側正面朝向教師展示，教師通過智能手機掃描即可掌握每名學生的答案詳情及選項分布。此外，每名學生專屬的Plickers答案卡為他們營造了一個安全的答題環境，對于性格內向的學生而言，這一機制減輕了學生回答錯誤時的心理負擔，有效保護了他們的自尊心和自信心。通過Plickers軟件構建的即時問答系統，極大地鼓舞了學生參與課堂討論的熱情，促進了師生之間的積極互動。教師能夠基于軟件提供的即時反饋數據，靈活調整教學策略，從而更加精準地滿足學生的學習需求，潛移默化地培養學生的獨立思考能力與問題解決能力［5］。Plickers軟件的使用是兼容并包的，希沃同屏和Plickers軟件結合可以快速地在多媒體上展示統計結果，從而給師生帶來直觀的、動態的數據觀察體驗，讓教學變得更加高效［6］。

二、多種信息技術手段與高中化學實驗教學融合實例

“氯氣的實驗室制法”作為教材中第一個呈現的氣體制備實驗，不僅發揮著教授制備技能的作用，更關鍵的是，它為學生搭建了一個理解和設計氣體制備裝置的基本框架，為后續探索陌生物質制備方法奠定了思維基礎，彰顯了對學生化學學科核心素養的深度培育。為了優化教學過程，提高課堂效率，筆者對教材內容進行了精心整合與創新。具體而言，筆者將“氯氣的實驗室制法”章節與“實驗室中制取氣體裝置的設計”方法導引有機結合，以舍勒發現氯氣制備的歷史背景為起點，通過分析制備原理與裝置特征，引導學生逐步構建起實驗室制備氣體的通用模型。此外，為了增強學習的情境性和實踐性，筆者還巧妙融入了生活中的氧化還原反應與離子反應實例，通過開篇的視頻導入，探討日常生活中氯氣的制備途徑，引導學生在真實情境中探究含氯元素物質間的轉化規律。這一教學設計不僅促進了學生對化學知識的深入理解與應用，還著重培養了學生的證據推理能力、模型認知能力、科學探究精神以及社會責任感等，實現了知識傳授與素養提升的雙重目標。

（一）教學流程

本課例“氯氣的實驗室制法”，基于多種教學技術與化學教學深度融合這一理念，考慮氯氣的毒性，用虛擬實驗代替課本實驗，用84消毒液、潔廁靈等試劑和調味盒、注射器等實驗器材，小組合作開展微型實驗，重組生活知識和教材內容，設計符合學生水平的認知鏈，難度逐級增大。最后利用Plickers軟件對學生進行課堂檢測，學生舉卡片，教師通過一鍵掃描實現全員即時互動，從而確保習題講評更加精準高效。將化學知識與實際生活緊密相連，充分展現學科魅力，開展以小組合作探究為主的物質制備及檢驗實驗，旨在培養學生解決復雜化學問題的能力，同時激發學習興趣和好奇心，豐富學生的學習體驗。具體教學流程如圖1所示。

（二）教學片段

片段1：希沃白板同屏——明確氯氣的制備原理

師：請同學們閱讀課本，找出實驗室制氯氣的藥品和原理。

生：MnO2和濃鹽酸。

師：反應的方程式為MnO2+4HCl（濃）[Δ]MnCl2+Cl2↑+2H2O。

師：（追問）從氧化還原的角度分析MnO2和濃鹽酸的作用。

生：MnO2是氧化劑，濃鹽酸是還原劑。

師：將化學方程式改寫成離子方程式。

學生活動：學生書寫離子方程式MnO2+4H++2Cl-=Mn2++Cl2↑+2H2O。

教師活動：教師利用希沃白板投屏展示學生答案。

【設計意圖】從氧化還原角度剖析反應物的作用，提高學生的分析推理能力。宏微結合，使學生深刻理解反應本質。

片段2：開展虛擬實驗——氯氣的實驗室制法

師：由于氯氣有毒，下面我們一起走進虛擬實驗室體會氯氣的制備。

教師活動：教師點擊希沃學科工具中的“NB實驗室”，找到氯氣的制備實驗，展示實驗裝置（如圖2所示）。

師：這是已經檢查了氣密性的制備裝置。接著添加藥品，向圓底燒瓶中加入MnO2固體。如何添加固體？

生：在添加固體時，圓底燒瓶先橫放；用藥匙加MnO2，伸入橫放的圓底燒瓶，緩慢直立圓底燒瓶。

教師活動：教師操作打開分液漏斗活塞，倒入濃鹽酸，同時往燒杯中倒入NaOH溶液；點燃酒精燈。

學生活動：觀察實驗現象，發現集氣瓶充滿黃綠色氣體（如圖3所示）。

【設計意圖】實施虛擬實驗，無安全隱患，培養了學生的正確實驗觀念，彌補了在課堂上不能制備氯氣的缺憾；重溫氯氣的制備之路，增強了學生對化學知識的理解與應用能力。虛擬實驗成功地吸引了學生的注意力，減輕了傳統化學實驗課堂的教學負擔，使得化學課堂變得更加智能化，更重要的是，它實現了從靜態學習模式到充滿趣味、生動互動的生成性課堂的轉變，極大地提高了學生的學習興趣與課堂參與度。

片段3：運用Plickers卡片反饋教學效果

前期準備：教師在Plickers電腦端注冊賬號，打印卡片，創建題目及答案，在手機中下載Plickers軟件。

過渡語：同學們對知識的掌握情況如何？我們通過習題檢測一下吧。

1.氯氣是制備含氯化合物的重要原料。下列有關氯氣的實驗裝置或操作能達到實驗目的的是（" ）。

學生活動：學生思考后舉起手中的卡片作答。

教師活動：教師打開手機，點擊Plickers軟件中的“PLAY NOW”按鈕，得出學生作答情況后，利用希沃白板展示統計結果（如圖5、圖6所示）。

說明：教師發放28張卡片，掃描卡片26張，綠色圓點代表回答正確的學生，紅色圓點代表選錯的學生，灰色代表沒掃描出來的卡片；被掃描出來的學生正確率是65%。

師：5名同學選擇D，請卡片3號的同學告訴他們為什么D錯誤。

生：氯水具有漂白性，會將試紙漂白成白色。

教師活動：教師展示練習2。

2.某同學用下列裝置進行有關Cl2的實驗，下列說法不正確的是（" ）。

A．Ⅰ圖用于證明氯氣本身有漂白作用

B．Ⅱ圖為聞Cl2氣味的常用方法

C．Ⅲ圖中，安靜地燃燒，發出蒼白色的火焰，產生白霧

D．Ⅳ圖中，若氣球體積膨脹，證明Cl2可與NaOH反應

說明：發放28張卡片，掃描卡片23張，其中選擇A答案的學生有12人，選擇B答案的有卡片20和卡片29；被掃描出來的學生正確率是65%。

【設計意圖】Plickers卡片增加了學習的樂趣，激勵學生積極參與課堂活動。師生可以直觀看到作答情況，使得后續的講評與學習更有針對性。兩次檢測，由于分發卡片時學生較為激動，有些學生多拿卡片，掃描時有些學生的卡片被遮擋，教師下次使用該軟件時需要規避這些問題。

三、教學實施效果及感悟

教學時利用NOBOOK實驗模擬氯氣的制備，學生興趣濃厚，參與度高。不過在檢查裝置氣密性時，易出現溶液倒吸、試管炸裂等問題。習題檢測階段使用Plickers軟件時，學生新鮮感強、情緒高漲，容易出現卡片被遮擋的現象，教師要尤其注意確保每一名學生的卡片都被識別。另外，Plickers軟件目前僅能用于單項選擇題，尚不支持多選題和主觀題的解答。若能突破這一局限，Plickers軟件將能在教育教學領域發揮更加全面和深入的作用。通過課后與學生的交談了解到，學生對NOBOOK實驗與Plickers兩大軟件助力完成氯氣的實驗室制法這一課時的學習給予高度評價。但需要特別指出的是，教育新工具的使用一定要服務于教學，不能忽視知識內容所承載的發展學生化學學科核心素養的教學功能與價值，只有信息技術與傳統課堂教學相融合，才能更好地發展學生的化學學科核心素養。

從此次教學實踐來看，將NOBOOK實驗的虛擬操作體驗以及Plickers卡片用于高中化學實驗教學尚有可優化空間，首先，為順應學生個性化成長的需求，教師可充分利用信息技術的優勢，實施“定制化教學”，如利用Plickers等工具于課前高效診斷學情，分發學生專屬卡片，通過大數據精準評估學生的困惑點，從標準化預設到個性化定制學習內容，滿足學生的多元學習需求，為學生的個性化學習創造了可能［7］。其次，引入虛擬現實（VR）與增強現實（AR）技術至化學教學中，能夠讓學生身臨其境地體驗化學知識在生產、生活中的應用，這不僅增強了學習的直觀性和趣味性，還深刻展現了化學的無限魅力。可見，在化學教學中合理運用信息技術，是高效融合教學模式的重要途徑。掌握信息技術與課程整合理論，將智能技術與教學深度融合，可以幫助教師創設真實的教學情境，打造虛實融合的智慧學習環境，為學生提供更具吸引力和互動性的學習體驗，從而更加有效地激發學生的化學思維，使學生構建全面而深刻的化學知識體系，提升學生的化學學科核心素養。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見［EB/OL］.（2019-11-20）［2024- 0 8 - 0 1 ］ . w w w . m" o e . g o v. cn /srcsite /Ao6/s3321/201911 /t20191128" _4099 5 8 . h t m l.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］童文昭，王后雄.NOBOOK虛擬實驗在線上實驗教學中的應用：以“氯氣的實驗室制法”為例［J］.中小學實驗與裝備，2022，32（04）：12-15.

［4］陳藝.虛擬仿真演示實驗在高中化學教學中的應用［D］.昆明：云南師范大學，2022.

［5］任少芳，焦中明.智慧課堂提升農村教學點課堂教學質量的路徑探析：基于Seewo與Plickers的課堂教學［J］.中國教育信息化，2020（16）：31-34.

［6］赫榮秋，侯軍.Plickers平臺在課堂評測反饋中的應用：以生物學科教學為例［J］.中小學信息技術教育，2021（01）：84-86.

［7］吳霓，任昌山，潘靜文，等.數智時代的知識生產和教育變革［J］.天津師范大學學報（社會科學版），2024（04）：40-56.

注：本文系玉林市教育科學“十四五”規劃2024年度立項課題“核心素養導向下的高中化學大單元學歷案實踐研究”（2024B241）的研究成果。

（責編 劉小瑗）