以素养为基础的高中化学实验现象和过程可视化研究——以“浓硫酸的性质”为例

殷月芳

(江苏省扬州市江都区育才中学 225000)

对高中生而言，化学学科核心素养培养至关重要，它是学生日常学习和生活中表现出来的一种探索问题的能力，绝非成绩所能体现的.实验教学可增强学生的动手操作能力，引导学生将理论知识灵活应用到实践活动中，学习有用的化学思想，从而提高学科核心素养.

一、现象与过程可视化内涵简析

知识可视化最早出现在2004年，从最初的科学计算可视化到当前的知识可视化.最初人们运用知识可视化完成知识的获得与传递，这是一种现代化研究方法.现象与过程可视化隶属知识可视化这一大范畴，其内涵主要体现在下述两点：其一，现象与过程可视化概念中的现象能够展现出微观本质层面的化学变化，人们经由视觉能够直接看到，但过程则指代事物发展历程，具体是化学实验现象由发生至变化的一系列经过.知识可视化一般经由某种方式中过程与现象可视化来达成，基于化学领域，现象和过程可视化能够让观察者进一步深入观察化学反应.由此可知，可视化技术增加了实验现象的透明度和清晰度.

上述理论具有理论支撑，双重编码理论指出人类大脑存在两个独立通道，分别是语言与视觉信息通道，以此接收外界不同信息.经由实验现象与过程可视化能够增加语言的清晰性和形象性，这在增强感知力与理解力具有重要的推动性作用.认知负荷理论指出人脑记忆容量具有一定限度，特性时间下，大脑加工信息量越多，则承担的认知负荷便愈发沉重.当学生出现疲惫、厌倦和吃力的问题时，表明其认知负荷超出工作记忆限制，最终的学习效率不会很高.而现象与过程可视化能够降低记忆难度，深化关联性认知，以此提升学习效果.

二、可视化实验设计原则

1.能顺利达成教学目标

为迎合人才发展需求，教育改革基于教学目标进行了调整，从基础学科知识学习、技能提升延伸至三维目标，当前又上升至五维教育目标，更加强调核心素养培养.而可视化实验则应以此为基础，在具体的实验过程，应保证所做实验在目标达成中具有推动性作用.

2.实验原理符合学生认知

实验原理作为化学实验的基本组成至关重要，能够让学生深入了解学科知识，并能在脑海中建立具体、清晰的实验流程，让学生明确反应的微观变化.为此，在具体的设计过程，所用原理与知识应符合学生的认知，若所选内容不便理解，便会阻碍教学活动的开展，增大教学负担.

3.便于观察和操作

依照实验内容和标准，选择适宜的拍摄观察方式，通常应用智能手机和微距镜头加以观察.若观察反应速率偏快或者偏慢的实验，建议调慢播放速度，以便观察完整、具体的实验细节.待完成拍摄任务以后，基于拍摄视频加以处理，通过播放速度的控制来进一步明确实验过程，也可截图，展现化学现象的独特美，保证教学活动的正常开展.

三、可视化实验设计策略

在整个高中化学教学活动中，浓硫酸极具代表性，且十分重要，研究其相关性质可促进学生在硫单质与化合物方面的理解，要求广大学生务必要学习好本节内容.在本节内容中，学生应熟悉浓硫酸的相关性质，掌握其根本用途，深化学生在观察探究和综合运用方面的能力.通过浓硫酸性质内容的学习，建立实验安全观念.

以往所进行的浓硫酸实验在吸水性环节会花费较长的时间，脱水性与强氧化性实验中会生成有害气体，不利于实验的进行.为此，笔者借助微距镜头，辅以智能手机，将化学实验现象清晰化和直观化，能够让学生得到直观体验，掌握更多样的细节信息，研究微观世界，进而实现素养培养目标.明确实验原理，准备实验材料，依托下述步骤开展实验：

其一，做好实验准备工作.将实验装置规范安装，智能手机前置摄像头和微距镜头相互对准，将手机平放在操作台上.将表面皿和铁架台相互固定，打开手机前置头，合理摆放待测物，适当调整表面皿和待测物之间的位置，保证待测物与镜头正向相对.适当调整聚焦轮，保证待测物对焦.0～1min时，观察并无明显变化，其左下角出现透明丝状液体，在蔗糖表面出现浅黄色晶状体，1～5min时，蔗糖开始融化，液体黄色一点点变深，呈现出黄褐色，另外蔗糖晶体对角的位置出现深黄色丝状物；5～15min时，周边液体出现黑黄色，在边缘出现脱离现象，并生成黑色液体；15～25min蔗糖表面变黑，晶体表面开始发黄，其内部呈现透明状，在晶体附近还会出现大量的黑黄色丝状物，晶体变成小球体；25～30min时，出现亮黄色晶体，周边被黑色液体包裹，蔗糖变成小块晶体，而液体一点点变浅；30～50min时，蔗糖晶体完全融化，在表面皿出现褐色液体.

其二，浓硫酸脱水性与强氧化性实验.将蔗糖放置在干净的表面皿上，不断调整聚焦轮，让它和镜头对焦，开始录像，通过滴管把浓硫酸滴到表面皿内，让待测物完全处于液体中.在反应初始阶段，经由智能手机屏幕加以观察，不断对焦，适当调整光线，大约50min完成录像.为便于描述，笔者将反应过程划分成6个阶段，借此表明浓硫酸具有一定的脱水性，将蔗糖碳化，碳与浓硫酸相互作用生成气体，经由挥发变成水.

其三，吸水性实验.将硫酸铜放置在干净的表面皿内，经由对焦让待测物完全呈现在手机屏幕内，进行录像，利用滴管把浓硫酸滴至表面皿内，让待测物完全处于液体中.在反应的初始阶段，经由智能手机屏幕对实验现象进行观察，不断对焦，适当调整光线，大约40min完成录像.为便于描述，把反应过程划分成5个时期，经由观察得出，硫酸铜颜色一点点变浅，这表明浓硫酸具有一定的脱水性.

四、实验反思

过程与现象可视化将实验现象进行了放大，学生经由微距镜头来观察，能够看到平常肉眼看不到的内容.虽然浓硫酸是一个较为简单的实验，但是能够观察到具体、完整的实验现象，得到直观体验，形成深刻印象.综上可知，现象与过程可视化主要具有下述三方面特性：其一，实验过程利用智能手机显微镜加以拍摄，能够为学生带来视觉冲击，深化学生的记忆，了解浓硫酸的基本特性，帮助学生从微观层面理解知识，降低记忆难度.其二，通过智能手机，辅以微距镜头加以拍摄，收集有用素材能够直接应用到课堂教学中，相对简单的实验也可引导学生自主拍摄，这是学生开展探究的重要工具.其三，浓硫酸实验是一个微型实验，实验过程所用药品不多，并较为安全，学生能够自主操作.

综上可知，高中化学实验可增强学生的综合能力，尤其是探究分析能力与配合协作能力，且通过知识学习和实验探究能够形成科学、合理的思维习惯，建立整体性的知识框架，培养开拓力和实践力.为此，教师应自主研究化学实验方法，切实提升学生的综合素养.