信息技术与化学教学融合的实践研究

陈文婷

摘要：以“弱电解质的电离平衡”的教学设计为例，基于翻转课堂的教学模式，将信息技术融合入化学教学中，实现核心素养下的课堂转型。

关键词：核心素养;信息技术;翻转课堂

文章编号：1008-0546（2019）10-0081-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.022

一、问题提出的背景

课堂是教育的主阵地，知识的教授、能力的培养、素养的提升都需依靠课堂教学。顺应时代变迁而提出的“核心素养”理念，必将带来课堂的转型。课堂转型，就是要从教学目标、教与学的内容、教师和学生的关系、教学方式和学习方式、教学评价等方面实现观念和教学策略、方式方法的转变。信息技术与化学教学的融合是中学化学教学方式的新变革，网络技术、数字实验仪器、教学软件等越来越多地被利用于化学课堂。

翻转课堂是近几年教育者们关注较多的教学模式之一，其基本思路是在信息技术的环境中将传统“课堂传授知识，课后完成作业”的教学过程彻底翻转过来，学生在课前通过观看教学视频、查阅资料、与老师同学在线交流等方式进行知识的学习;教师则利用大量课堂时间与学生进行交流、组织和参与小组活动、解答问题、指导学生完成作业等等。翻转课堂教学模式改变了传统的教学方式，形成了学生为主体的教学方式。从课前自主学习到课堂上的学习，都是在教师的设计和操控下进行，但教师的角色是“引导”，学生才是学习的“主体”。目前，翻转课堂越来越受到重视和应用。本文以“弱电解质的电离平衡”一课为例，进行信息技术与化学教学融合的实践研究。

二、核心素养下基于翻转课堂的教学设计

1.教材分析与学情分析

本节课选自苏教版选修4《化学反应原理》专题三第一单元第二课时“弱电解质的电离平衡”，内容包括弱电解质在水溶液中存在的电离平衡、电离平衡常数及电离度的概念。掌握好弱电解质的电离平衡，为接下来学习盐类的水解平衡、沉淀的溶解平衡做好铺垫。

本单元第一课时中学生已经掌握了强弱电解質的概念及电离方程式的书写，为学习弱电解质的电离平衡奠定了一定的基础。而且在专题二中学生已经学习了化学平衡的相关知识，电离平衡是化学平衡的一种，学生已经具备了分析电离平衡的理论基础。但是，学生对化学平衡的认识还停留在静态的层面上，对于动态的平衡还存在认识缺陷，同时从化学平衡移动迁移到电离平衡移动也存在一定的障碍。

2.UMU介绍

本节翻转课堂采用UMU软件。UMU是一款新的互动学习平台。课堂上有限的时间内互动机会非常有限，通过UMU可以将现有的课件视频转化为在线互动课程;还可以轻松制作高质量微课;可以通过UMU进行课程直播，完成后直播视频就自动进入知识库供日后使用;可发布问卷，收集受访者的答案，并进行统计。学生可在电脑端或移动设备终端使用。

3.教学目标

（1）通过醋酸电离的微观动态模型，建立醋酸弱电解质的电离平衡概念，形成微粒观。

（2）通过实验探究方案设计，并利用pH传感器测定醋酸在不同条件下的pH，认识弱电解质电离平衡移动的影响因素。认识化学实验是研究物质的基本方法，体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。发展学生对化学实验探究活动的好奇心和兴趣，养成注重实证、严谨的科学态度。

（3）通过数据的分析，从定量的角度对弱电解质的电离平衡及其影响因素进行深度剖析，让学生感悟数据美的同时，逻辑推理能力和数据运用能力得到提升。

4.设计思路

新的课程标准提出内容要求“认识弱电解质在水溶液中存在电离平衡，了解电离平衡常数的含义。”而且提出通过这块的教学“形成并发展学生的微粒观、平衡观和守恒观”。

基于课标的要求及发展学生化学核心素养的目的，并结合学生存在的问题，本节课的教学设计重难点放在了弱电解质电离平衡的建立、移动、电离平衡常数三个方面的教学上。教学流程如图1。

5.主要环节和设计意图

[主要环节1]微课视频课前学习

利用UMU软件发布微视频（回顾弱电解质醋酸在溶液中的微粒存在形式、醋酸的电离平衡的形成过程），学生课前自主学习，回答有关电离平衡的问题并提交答案，教师利用UMU后台统计答案。另外，基于学生已有平衡移动影响因素的知识基础，让学生提出使醋酸电离平衡发生移动的实验方案，汇总学生的答题情况。

设计意图：第一个视频从微观角度，引导学生认识弱电解质的电离是一个可逆过程，离子与分子共同存在，形成“微粒观”，制作微视频的时候也注重了离子与分子的数量比例，让学生观察得出电离是微弱的。第二个视频，在第一个视频的基础上，引出电离平衡的建立过程，并讲解电离平衡的特征“动、等、逆、定、变”，得出了醋酸的电离方程式CH3COOH≒CH3COO-+W。接着引导学生思考问题1“改变什么条件可破坏此电离平衡？如何设计实验？”问题2“如何测定条件改变后，平衡移动了？”让学生对电离平衡及移动有初步的认识和思考。

[主要环节2]课堂教学之情境创设激发兴趣

血液中的电离平衡：正常血液的pH范围为7.357.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒HzCO3≒H+HCOg。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就会有生命危险。

设计意图：让学生感受到化学在生活中的应用，化学其实离我们并不远，激发学生对电离平衡移动的探究兴趣。

[主要环节3]课堂教学之问题讨论设计实验

从血液中存在的电离平衡切人，外界条件改变会破坏电离平衡。引出醋酸电离平衡移动的课前实验设计。展示学生在UMU上提交的实验方案，先由学生自评，再互评。部分学生提出方案如下：

学生A：加入NaOH，加入HCI，加入醋酸浓溶液。

学生B：加入硫酸，加入醋酸钠。

学生c：加入NaOH，加热醋酸溶液。

引导学生从之前学过的平衡移动的影响因素，分析评价自己所提出的方案。总结出应从浓度、温度（溶液体系中不考虑压强的影响）两个方面改变外界因素，浓度可以从反应物浓度增加（加入醋酸固体）、反应物浓度降低（加水稀释）、生成物浓度增加（加入醋酸钠固体、盐酸等）、生成物浓度降低（加入NaOH等）这些措施实现，温度改变可以通过加热来实现。从而明确实验设计思路，提高学生设计实验的能力。

继续追问：如何判断平衡移动了？学生提出可通过测定溶液的pH。

设计意图：实验是化学学科的重要特征，化学实验对发展学生的化学学科核心素养有着极为重要的作用。教师应有效地组织和实施实验探究教学，增进学生对科学探究的理解，发展科学探究的能力。利用学生自评和互评、教师引导，提高学生设计实验的能力。而且通过学生自評和互评、教师评价，实施“教一学一评一体化”，实现日常学习评价促进学生化学学科核心素养的发展，转变学生的学习方式。

[主要环节4]课堂教学之实验探究交流归纳

经过环节3学生探讨梳理出了最终的实验方案，教师补充。分组进行实验。

（1）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液

（2）取10mL 1.0tool·L^-1的醋酸溶液

（3）取10mL 0.1too|·L^-1的醋酸溶液，加入少量的醋酸钠固体

（4）取10mL0.1mol·L^-1的醋酸溶液，加热

分别用pH传感器测定四份试样pH，比较数值大小，并分析电离平衡移动方向，及溶液中重要离子浓度的变化趋势，填入表1。

告知学生氢离子浓度与pH的转化关系。通过数据的比较认识到电离平衡的移动。尤其引导学生对比分析1.0tool·L^-1和0.1mol·L^-1两组测定的pH数值，虽然浓度稀释10倍，但是pH的变化并不是1，而是小于1，说明稀释醋酸溶液，电离平衡正向移动。

下面是学生测定的部分pH数据。（见图2、图3、图4、图5）

设计意图：学生动手实验，培养学生的动手能力。结合信息技术手段，引导学生分析数据，从数据的角度认识物质反应的本质，培养学生的分析能力。让学生从定性认识向定量认识转变。从数据的角度认识物质变化的本质，更具说服力。

[主要环节5]课堂教学之播放微视频数据说话

播放关于电离平衡常数和电离度的教学，引导学生计算课本65页表3-3（本文表2）的相关数据，进而分析数据规律，得出结论：一是温度不变，电离平衡常数不变，电离平衡常数与初始浓度无关;二是醋酸溶液稀释10倍，氢离子浓度并非原来的1/10，醋酸电离度反而增大，说明“越稀越易电离”。这也与之前pH数值测定后的分析结果是一致的，强化了学生的理解。

设计意图：学生练习数据分析，比较浓稀酸溶液的电离度和平衡常数，从数据分析的角度再次证明了醋酸电离平衡的存在和移动。提高学生分析数据的能力。

[主要环节6]迁移提升总结升华

血液中的电离平衡：正常血液的pH范围为7.35-7.45，血液中存在平衡H2O+CO2≒H2CO3≒H+HCO3^-。若在外界因素下，血液的pH突然低于7或高于7.8，就会有生命危险。请从弱电解质的电离平衡角度解释上述现象。

请查阅资料并思考（1）婴儿长时间啼哭，会使体内损失大量的CO2，血液的pH升高，导致碱中毒，请用平衡移动的原理解释上述事实。（2）当人受蚂蚁叮咬时，皮肤上会起小疱，这是因为蚂蚁向人体注入一种含有蚁酸（甲酸HCOOH）的液体，破坏了人体血液中的酸碱平衡。请用平衡移动的原理解释上述事实。请大家归纳总结本课所学内容。

设计意图：学以致用，学习了电离平衡移动的知识，并进行迁移用于解释其他的平衡。血液中平衡的分析与课的开始相呼应，感受化学与生产生活的联系，也开阔了学生的视野。

三、反思

课后笔者与部分学生进行了谈话。学生认为课前微视频的学习起到了很好的作用，提前了解本节课所要学习的内容，结合课前的习题，帮助他们更深入地理解电离平衡这一理论;提前进行实验方案的设计，留有更充裕的时间，可以更深入、全面地设计方案。有了之前一系列的准备，课堂上的效率更高，加深了对电离平衡的认识，同时也获得了研究平衡问题的一般方法。而且学生对于利用实验所测得的pH来解释平衡移动这部分内容印象深刻，觉得数据分析促进他们更好地理解电离平衡的移动。

回顾本节课的整体教学，笔者有以下几点思考。

1.翻转课堂并非单纯的课前预习。课前视频的制作和选取均要精心挑选，直指教学目标，而且需要结合练习题反馈，练习题反馈应能体现学生的知识和理解的缺漏，暴露出问题，这样才能在课堂上及时纠正，提高教学的时效性。所以，翻转课堂备课量和强度更大，对教师的要求更高。

2.本节课的设计主要以学生探究实验为主线，并结合分析实验数据，得出实验结论。在传统的课堂中，由于时间的限制，学生无法充分讨论、实验。翻转课堂的引入，将学生认识知识点和部分的思考提前完成，为重要的讨论、思维的引导、实验的实施等在课堂上预留出足够的时间。

翻转课堂是对传统课堂的颠覆，翻转课堂是利用信息技术促进核心素养下课堂转型的大胆尝试。本教学设计尝试将这一新颖的教学模式应用于化学原理的教学中，提高课堂教学的效率，促进学生化学核心素养的发展，例如利用实验解决化学问题的能力素养、数据分析能力素养等等。当然，在教学中笔者也感到还有很多问题有待改进，比如教师的信息技术能力有限、学生课前自主学习的方法和习惯还需进行指导等。