文/中山市小欖中學(xué) 章塄丹 朱江

一、問題的提出

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)可以最大程度調(diào)動學(xué)生的感官獲取，理解相關(guān)的化學(xué)核心知識，逐步形成必備的技能，關(guān)鍵能力，進(jìn)而培育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)新一輪課程改革的關(guān)鍵一環(huán)，是基礎(chǔ)教育課程改革的重中之重。然而，在現(xiàn)實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，還存在一些問題。筆者發(fā)現(xiàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件也可以作為手持技術(shù)的有效補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)手段，技術(shù)手段的協(xié)同可以取得更好，更明顯的教學(xué)效果。協(xié)同手持技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既能模擬真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)探討微觀與宏觀的反應(yīng)現(xiàn)象之間的關(guān)系，獲得化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)；又能夠讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作使學(xué)生獲得必備的關(guān)鍵能力與品質(zhì)，發(fā)展核心素養(yǎng)。而如何協(xié)同虛擬實(shí)驗(yàn)軟件來輔助手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將成為本文重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

二、研究框架

1.概念界定。手持技術(shù)集合多種傳感器技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了收集到信號進(jìn)行處理和輸出，呈現(xiàn)宏觀圖像的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，是宏觀化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象有力驗(yàn)證。手持技術(shù)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助工具之一，對實(shí)驗(yàn)的改革和發(fā)展起著重要的作用，它具有很多優(yōu)點(diǎn)：如（1）準(zhǔn)確；（2）微型化；（3）實(shí)時；（4）直觀；通過配套數(shù)據(jù)處理軟件，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的分析、處理，呈現(xiàn)直觀的曲線結(jié)果。

2.研究目標(biāo)。（1）輔助教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)科素養(yǎng)，喚醒學(xué)生內(nèi)心深處的探索欲，尊重學(xué)生的主體地位，在做中學(xué)。（2）實(shí)現(xiàn)“宏觀-微觀-符號-曲線”四重表征方法，使得學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)更容易理解，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)。（3）協(xié)同性技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的有趣性，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索提供一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

3.研究內(nèi)容。基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)可操作性原則，同時在學(xué)生已有相關(guān)化學(xué)反應(yīng)平衡知識的基礎(chǔ)，選取了人教版選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章-水溶液中的離子反應(yīng)與平衡這一部分進(jìn)行高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐研究?！叭蹼娊赓|(zhì)的電離平衡”“酸堿中和滴定”“鹽類的水解平衡”“難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡”的內(nèi)容教學(xué)可借助手持技術(shù)對于溶液電導(dǎo)率表征，輔以虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微觀粒子行為的可視化表征，可設(shè)計(jì)成探究性的實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時，需結(jié)合宏觀反應(yīng)現(xiàn)象與微觀本質(zhì)，讓學(xué)生通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)現(xiàn)象，尋找反應(yīng)特征，進(jìn)而分析得到反應(yīng)實(shí)質(zhì)。協(xié)同性技術(shù)開展有利于建立探究性學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、研究思路方法

1.研究的基本思路。本文主要運(yùn)用了文獻(xiàn)研究法來界定手持技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)的概念，以及在此類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生所需要達(dá)到的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，關(guān)鍵能力與思維品質(zhì)。然后以《新課標(biāo)》和《全國統(tǒng)一考試大綱》為設(shè)計(jì)前提，再參照自然科學(xué)探究的一般流程，結(jié)合高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀提出基于手持技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)協(xié)同的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動初步設(shè)計(jì)-以《水溶液中的離子平衡》為例，其包括教學(xué)理論分析、學(xué)習(xí)目標(biāo)分析、教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)施條件等方面。

2.具體的研究方法。（1）文獻(xiàn)研究法。文獻(xiàn)研究法主要是充分閱讀文獻(xiàn)并對國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行研究，分析手持技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的內(nèi)容、方法。（2）調(diào)查研究法。問卷調(diào)查和訪談。在教學(xué)案例實(shí)施前，對學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，意在修改教學(xué)實(shí)施路線。然后在每次教學(xué)后，進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)生訪談，以求下一輪教學(xué)更有針對性。（3）課堂觀察法。具有明確目標(biāo)的研究者，直接或間接從真實(shí)課堂中獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并依據(jù)數(shù)據(jù)所反饋的結(jié)果作為后續(xù)研究的教育科學(xué)研究方法。

四、結(jié)論與展望

從教學(xué)實(shí)踐中可以得出，學(xué)生在學(xué)習(xí)選擇性必修1 章節(jié)中水溶液的離子平衡難以理解微觀抽象的離子反應(yīng)。而借助協(xié)同性技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將能很好地化抽象為具體，化微觀為宏觀。手持技術(shù)能實(shí)時呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)具象，輔以虛擬實(shí)驗(yàn)軟件模擬真實(shí)的微觀化學(xué)反應(yīng)下的離子行為，來加深學(xué)生對微粒行為的理解，并幫助學(xué)生提升高階思維能力。有以下的幾個創(chuàng)新點(diǎn)：（1）數(shù)字化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂更加有趣，使學(xué)生能看到離子反應(yīng)的變化過程，微觀模擬離子反應(yīng)能迅速幫助學(xué)生理解抽象概念。（2）手持技術(shù)呈現(xiàn)實(shí)時，直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化；虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的使用，能幫助學(xué)生更好地理解水溶液中微粒間抽象反應(yīng)歷程。（3）協(xié)同手持技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)軟件能實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果?；诤晡⒔Y(jié)合的基礎(chǔ)，開發(fā)了可行性的教學(xué)技術(shù)路線，為一線高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒。