融合科学技术场景，驱动学生深度学习

福建省惠安第三中学 庄晓东

中考化学实验试题承载着从化学知识、化学基本实验技能、化学学科思想方法、科学创新意识和实验探究能力多角度考查学生的学科能力，综合评价学生科学素养发展水平的功能。近几年的福建省中考化学卷的考题中充分体现了“立德树人、导向教学、服务选拔”的命题思想，紧扣九年级化学启蒙特点，以贴近学生生活实践和当前科技成果创设真实背景，考题注重化学学科核心知识的考查，体现化学学科基础要求，检测学生学业达标水平；考题注重理论联系实际，彰显化学学科在生活、生产中的价值，体现学科的实践性和应用性要求，考查学生知识的应用能力和学科素养。因此，在初中化学教学中需要引导学生聚焦化学学科核心素养，领悟化学学科思想，融合现代教育技术，驱动学生深度学习，本文将谈谈笔者在教学中的几点思考。

一、新中考下的化学试题的分析

近几年，福建省中考化学试题呈现高中化学知识“下沉”现象，有高考命题的影子，重视化学学科素养和学科“双基”的考查，在实验考查方面主要呈现如下的特征：（1）注重化学学科基本实验技能考查，如2018年福建省中考化学试题第13小题，目的是考查学生运用蒸发和溶解这一化学基本实验技能，以“敞锅熬盐”工艺为背景，以初中学生喜闻乐见的文字、图表形式呈现信息，试题立意明确，场景表达清晰，考查学生在新场景下对物质分离和提纯的化学方法和知识的迁移应用能力；（2）注重化学学科核心素养考查，如2020年福建省中考化学试题第14小题，命题组以简化的“煤炭转化天然气”为背景，以工业流程图形式呈现物质及其转化关系，体现环保思想和循环经济等科学发展观，同时考查化学反应类型、化学反应方程式等内容，检测学生对化学反应规律的认识，以及其在生产实践中的应用，试题凸显化学学科价值；（3）注重创新意识和探究能力考查，如2021年福建省中考化学试题第14小题，试题信息以工业流程图的形式结合高效催化反应微观模型为背景呈现，考查学生从题中信息提取相关化学反应原理的能力，要求学生通过观察微观模型图，结合已有的CH4、CO2、H2O分子模型知识，寻找解题线索，解决问题，考查了学生对分子模型的掌握、对催化过程的理解，以及有关化学反应方程式的书写。试题体现化学学科在原子、分子水平上研究物质及其变化的基本思想，以“宏观、微观、符号”相互关联为特征的学科思维模式，重点考查了学生“微观探析”“模型认知”等学科核心素养。这提示我们化学学科教学不仅要让学生掌握化学知识，更应注重揭示化学学科特质、培育科学思维、发展科学素养。

二、新中考下的实验教学的思考

（一）深耕课本典型实验，渗透学科核心素养

化学实验是研究、学习物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径。学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证。传统实验教学只是“把教学同实验捆绑在一起”，不少教师在课堂教学中仅仅把实验目的、化学反应原理、实验仪器和实验装置、实验操作步骤和实验现象、推论、解释等在课堂上灌输给学生，使实验沦为知识灌输的附庸，然后学生按部就班地动手“分组实验”，不能很好地体会到探究实验过程中所获得的探究学习乐趣，学生课后也不能积极反思，重构实验过程，使得实验操作缺失思维过程，导致学生不能真正掌握正确的基本操作技能。因此，教师应该深入研究化学教材中的典型实验，通过问题引导学生思考实验操作的原因、现象，加深学生的印象，培养学科核心素养。

例如，普通装置的气密性检查：把导管的一端浸没在水里，双手紧贴容器外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后烧杯中的导管内形成液柱，则装置不漏气。教学时设计如下问题组织学生讨论：是先装药品，如高锰酸钾，还是先检查气密性？检查气密性的原理是什么？操作有先后顺序吗？顺序相反可能会有什么后果？松开手后会有什么现象？出现什么现象就能说明气密性好？对问题进行分层次的分解讨论，能让学生明白每一步实验操作的工作原理，加深学生对基本实验技能的理解，激活学生思维参与实验过程。

（二）重视探究环节设计，培养学科创新思维

实验是化学学科教学的基础，科学合理的实验探究是教学实施的前提条件，在教学过程中，教师需要强调学生在“做科学”的探究实践活动中逐步形成创新意识，培养学生的探究能力。例如，“高锰酸钾制取氧气”是初中化学的一个重要基础实验，它的目标是通过该实验引导学生自主分析气体的制取与收集，提高学生实验操作能力，但传统实验演示过程中，由于实验仪器和装配过程中的条件限制，实验时存在明火加热、操作不当、实验失误等问题。该实验主要存在三大不良因素：（1）仪器装置气密性差；（2）装置未冷却至室温立即打开止水夹；（3）收集方法的操作不当等。因此教师需要重新设计教学方案，结合传统实验演示和多媒体虚拟实验相辅相成。笔者的设计方案如下：首先演示传统实验，再结合多媒体虚拟实验平台，通过虚拟实验与传统实验的相辅相成，实现课堂教学的再优化，指导学生进行思考验证，并利用多媒体虚拟实验平台自由组装实验装置，解决难以理解的问题。优化后的课堂教学使化学的学习变得更有趣味。

三、实验教学典型案例

基于对教材的深度理解，日常教学中，笔者认真研究了教材并选择了适当的题材进行二次加工，努力创设新情景，推动学科教学的深化。

随着人们生活水平的不断提高，饮用水的质量要求已经引起广大学生的关注，但学生对水的净化过程以及水资源的利用仍然存在片面理解的问题。因此在关于“水”的净化的教学设计中，可以将“雨水净化”作为案例，首先引入介绍自来水厂生产过程的流程图与自来水厂生产短片，展示课本中的图片，使学生对自来水生产过程有初步的认识；再通过随堂实验，讲解浑浊的雨水通过混凝静置、沉淀、砂滤过滤、活性炭吸附、消毒剂消毒、管道输送等流程，重点讲解过滤的净化过程，以及其中涉及的仪器、装置、操作过程、注意事项等；然后利用虚拟实验教学软件（见图1），与学生互动讨论。结合日常生活中水壶或盛水器具上结水垢的经验，设问：水中的可溶性杂质如何去除？导入硬水和软水的鉴别，让学生讨论硬水的软化方案，继续提供蒸馏装置、化学实验废水处理装置、家用净水器滤芯等实物和图片。以期通过本课时的教学达到传授化学学科知识，体现学科价值，唤醒学生对水资源的合理利用意识，构建环保理念的目标。

图1

关于“金属的冶炼与利用”教学，课本以工业上“铁的冶炼”为背景，对生产原理、生产设备等方面进行了探讨与研究，一氧化碳与氧化铁反应的实验是学生学习本节课内容的关键，理解并掌握实验装置、仪器认识、化学反应原理以及实验注意事项是本节课的重点和难点所在。由于课本提供的反应装置比较大型，在讲桌上不易摆放，一氧化碳有毒，无法获得较纯的一氧化碳气体，而一氧化碳不纯导致爆炸等问题，该实验无法在课堂上实现，因此引入Nobook算法引擎进行虚拟实验（见图2）。

图2

具体教学设计如下：（1）金属元素在自然界中的存在形式：大多数金属以化合物形式存在（除Au、Ag、Pt等外），提供标本展示（见图3）。（2）通过图表展示地壳中金属含量图和中国铁矿石的分布图。（3）讨论如何把铁矿为原料的化合物变为金属铁，引入工业炼铁的视频，指导学生阅读课本相关知识，链接Nobook虚拟实验客户端，调取上述课件，从实验目的、实验原理、装置原理、操作原理、实验现象及其推理、尾气处理、实验注意事项等方面与学生互动讨论。（4）展示高炉炼铁模型，归纳总结。

图3

在本节课中，选择虚拟实验和视频播放的教学方法，可以让学生学会选择合适的实验仪器组装实验装置、针对实验装置思考实验步骤等。在信息的获取、分析、处理上能充分发挥学生的积极性及主动性，让其在完成学习任务的同时，明白共同合作与相互交流的重要性。在虚拟实验合作探究活动中，学生的参与度与操作熟练度有所不同：有的学生能够积极进行实验操作，很好地参与到课堂教学活动中；有的学生由于思考与分析问题不够深入，实验操作就较为不熟练，所用时间较长；一些小组的学生操作较快，所用时间相对较短。对于这种情况，教师要在实验中多观察，与学生平等交流、讨论，在学习方法上进行点拨，引导其思考实验操作思路。当然，在探究实验过程中，必要时也不妨与学生进行合作，努力促使学生在创造性获取知识的同时，强化其科学探究能力的培养，使学生进一步认识科学探究的一般步骤。

四、现代教育技术应用分析

Nobook是北京乐步教育科技有限公司开发的、以AI算法为引擎的虚拟实验平台，配置了典型的教学模板，提供了自主组合模式，可以实现人机互动，对化学实验前预习或实验后的讨论分析、实验设计等能提供很好的帮助，可以在一定程度上完成传统实验不能完成的工作。

各种探究仪器传感器与计算机的连接，使气体的定性与定量测定变得更轻松，如二氧化碳、氧气的测定等。

视频的拍摄可以帮助教师把场外的实验场景搬入课堂。

随着现代课堂教学设备的配置，微课应用视频、PPT、白板等新技术，以短小精悍的特点解决了教学中存在的问题，并被广泛应用于教学过程中。

随着云计算技术、AI人工智能、多媒体技术、5G网络通信技术等信息技术的高速发展，教育技术的现代性很好且恰当地融入课堂教学中，包括实验教学。利用现代教育技术的仿真、模拟、云计算、网络等功能，具体化了抽象的东西，动态化了静态的内容，让学生可以更好地观察、体验及感受事物发展的微观现象。在使微观直观化的同时，实现对“量变现象”的观察。课堂教学中有着各种难以突破的重难点，如何把它们生动形象地表现出来是一个教学难题。现在，教师可以通过现代教育技术的可重复性，调动学生的学习积极性，帮助学生理解和记忆实验学知识，充分体现学生的主体地位，让学生成为知识的建构者，使学生可以有效地掌握知识和技能，改变学生学习的方法和过程，影响学生的情感态度与价值观，从而培养学生的能力，发展学生的智力。

新的教育技术的升级与教学应用软件的不断开发利用，对传统的教学模式发出了挑战，教师必须与时俱进，不断地掌握新技术，立足化学学科核心思想，以培育学生学科素养为目的，对教材进行二次开发，灵活选择合适的教育技术手段，融合科学与技术的交汇点，驱动学生深度学习，构建高效课堂。