基于信息技术的初中化学实验教学设计与实施

摘 要：通过分析信息技术对初中化学实验教学的设计、实施和对学生学习的影响，展示信息技术如何为初中化学实验教学带来新的活力和可能性。讨论了当前初中化学实验教学存在的问题，探究基于信息技术的初中化学实验教学设计与应用，并验证其可行性和有效性，旨在为初中化学实验教学的创新与发展提供支持。

关键词：信息技术；初中化学实验；虚拟仿真实验技术；人工智能

作者简介：韦克伟（1971—），男，广西壮族自治區百色市隆林各族自治县第二中学。

在现代教育背景下，信息技术与学科教学的深度融合成为推动教育创新的重要手段。初中化学实验教学作为培养学生实践操作能力、观察分析能力和科学探究精神的关键环节，其信息化改革尤为重要。信息技术为化学实验教学提供了丰富多样的教学手段和工具，带来了前所未有的变革。在传统的化学实验教学中，教师往往依赖于有限的实验器材和试剂，通过演示实验或学生分组实验的方式进行教学。这种方式受到实验条件、安全性和时间限制等多方面因素的影响，难以充分满足学生的学习需求。而信息技术的引入，如同为化学实验教学打开了一扇新的大门，使得实验教学更加生动、直观和高效。

一、当前初中化学实验教学存在的问题

（一）实验设备不完善

实验设备是实验教学的基础，但目前一些初中学校的化学实验设备不够完善，直接影响了实验教学的效果。老旧的设备可能导致实验结果不准确，而且无法满足现代化实验教学的需求。设备数量不足则会使学生无法及时使用所需器材，从而影响实验的进度和效果。另外，实验设备如果没有得到适当的维护和保养，容易出现故障，增加实验安全风险。

（二）实验教学方法单一

有的教师在进行化学实验教学时，采用的方法过于单一，缺乏创新和变化，没有构建起与理论教学体系相适应的实践教学体系。传统化学实验教学经常是教师按照教材逐步讲解实验原理、操作步骤、预期结果等，之后学生按照教师的讲解及教材的步骤来做，不会主动思考问题，更不用说自己寻找解决问题的方法，他们的创新能力在这种情况下无法得到有效提升［1］。另外，部分教师未能充分利用现代技术手段（如虚拟仿真实验、在线教学）来丰富实验教学的方法和手段，也未能关注不同学生的不同学习需求和个体差异，采用统一的教学方式，使得教学无法满足学生的发展需求。

（三）学生实验操作能力差

一些教师过于注重理论教学，导致学生实际操作的机会较少，影响学生的实践技能发展［2］。再加上实验设施不完善、教学方法单一等问题的影响，一些学生的实验操作能力较差。如果教师没有给予足够的指导，他们可能会在实验过程中迷失方向，不知道如何操作或不能理解实验内容。

二、基于信息技术的初中化学实验教学设计

基于信息技术的初中化学实验教学体系是一个充满创新活力的教学体系，它以学生的需求和兴趣为出发点，注重实践与创新，倡导信息技术与教学的融合，旨在为学生提供更加科学、有效的实验教学环境。在这个环境中，学生们可以充分发挥自己的主体作用，积极参与到实验中，感受化学的无穷魅力，培养自己的实践能力和创新精神。在信息技术的助力下，他们能享受丰富多样的学习资源，获得更加良好的学习体验。下面着重探讨基于信息技术的初中化学实验教学方法设计。

（一）应用多媒体技术

多媒体以其丰富多彩的形式和直观生动的特点，让化学实验教学焕发光彩。教师巧妙地运用多媒体课件、视频等教学资源，能将枯燥的实验知识转化为生动有趣的视觉盛宴。学生们在轻松愉悦的氛围中感受化学实验的无穷魅力，积极参与，主动探究，学习热情被极大地激发出来［3］，最终实现化学实验教学效果的显著提升。

在“氧气的制取和性质”实验教学中，教师可以制作一个多媒体课件，将知识点以生动有趣的方式呈现出来，使学生更好地理解实验原理和操作步骤。例如，在课件中展示氧气制取的化学反应式时，可以用动画来展示反应过程中原子的运动、变化和重新组合形成新的物质的过程。这种视觉呈现方式可以帮助学生更好地理解反应过程，使他们能够更清晰地看到化学反应的微观机制。化学反应式是抽象的符号系统，对于初学者来说可能难以理解，而通过动画，这些符号可以被赋予实际形象，学生可以看到每个符号所代表的原子的具体行为和相互作用。此外，动画还可以强调化学反应的关键步骤和要点。教师可以通过控制动画的播放速度，详细展示反应过程中的重要阶段，强调重要的知识点，让学生更好地掌握反应的本质和要点。最后，动画是一种有趣的教学资源，它可以吸引学生的注意力并激发他们的好奇心，进而提高学生的学习兴趣和课堂参与度。

（二）应用虚拟仿真实验技术

虚拟仿真实验技术如同一座神奇的桥梁，连接着理论与实践。它是一种通过计算机模拟真实世界的技术，旨在模拟和复制真实世界中的情况和事件。这种技术通常用于科学研究、教育、培训等领域，可以帮助研究人员和学生在安全的环境中测试和验证各种假设和理论［4］。虚拟仿真实验技术可以通过创建三维模型和场景，模拟各种物理现象和化学反应等，帮助用户更好地理解和掌握相关知识。通过计算机模拟真实的实验环境和操作过程，学生们仿佛身临其境。这种新颖的教学方式，不仅能有效地弥补实验条件的不足，还为学生们提供了更为广阔的实践舞台。

在进行“燃烧的条件”实验教学时，教师可以使用虚拟仿真实验技术来模拟真实的燃烧环境。例如，学生在计算机上进入一个虚拟的实验室，其中包含各种必要的设备和材料，如蜡烛、火柴、燃料等。在虚拟环境中，学生可以进行各种燃烧实验，无须担心真实环境中的安全问题。学生可以尝试不同的燃料组合、调整温度、改变氧气浓度等，观察这些变化如何影响燃烧过程。虚拟仿真系统可以实时记录实验中的各种数据，如温度、火焰颜色、烟雾浓度等。学生可以根据这些数据来分析实验结果，从而更深入地理解燃烧的条件和过程。如果学生想重新进行实验或查看实验的某个特定阶段，他们可以回放实验，这有助于他们更好地理解实验的细节和过程［5］。虚拟仿真系统还可以自动评估学生的实验操作和结果，并提供反馈和建议。教师可以通过这些数据了解学生的学习状况，进行有针对性的指导。另外，利用虚拟仿真实验技术，教师还可以模拟一些在真实环境中难以实现或具有高风险的实验。例如，学生可以在虚拟环境中进行大规模的燃烧实验，观察大规模燃烧的特点和影响。

（三）应用增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术可以进一步提升化学实验教学的沉浸感和互动性，使学生更加深入地理解和掌握化学知识。

首先，AR技术可以通过手机、平板电脑等设备，将表示化学分子、化学反应等的图像直接呈现在真实的实验台上或实验容器上，通过添加注释、播放动画等形式，解释化学反应的原理和过程。其次，VR技术可以提供沉浸式体验。通过戴上VR设备，学生可以进入一个完全虚拟的化学实验室，在其中进行各种实验操作。这种身临其境的感觉能够让学生更加专注地投入实验，增强对实验过程的理解。同时，VR技术还可以模拟一些在真实环境中难以实现或具有危险性的实验，例如高温、高压、放射性环境等［6］。此外，VR和AR技术还可以提供互动式的实验体验。学生可以通过手柄、手套等设备，在虚拟环境中进行操作，与虚拟的化学物质进行互动。学生还可以通过这些技术进行协作式学习，共同完成一些复杂的化学实验，培养团队合作精神。

（四）应用人工智能（AI）和大数据技术

在教学方法的运用上，教师要注重因材施教，进行个性化教学。根据学生的不同特点和需求，采用灵活多样的教学方法和手段。对于基础较好的学生，鼓励他们进行更深入的探究和创新；对于基础较薄弱的学生，则给予更多的指导和帮助，使他们能够逐步提高自己的学习能力和水平。人工智能（AI）和大数据技术的应用为化学实验教学带来了革命性的变化，它们能够帮助教师精准地分析学生的学习情况，提供个性化的教学建议，从而提升教学效果和学生的学习体验。

AI技术可以自动分析学生大量的实验数据，从中提取有用的信息，以更好地反映学生的学习情况。通过分析学生在虚拟实验中的操作数据，AI可以判断学生对实验原理、步骤和操作的理解程度，从而为教师提供精准的教学反馈。这种反馈可以帮助教师识别学生在哪些方面存在困难，进行有针对性的教学［7］。AI技术还可以通过分析学生的学习数据和表现，评估学生的学习需求和能力水平，从而为他们推荐合适的实验方案。这种个性化教学可以帮助每个学生发挥他们的潜力，取得更好的学习效果。此外，大数据技术可以整合不同来源的学习数据，通过分析学生在虚拟实验、课堂表现、作业完成情况等多方面的数据，揭示学生的学习习惯、能力特点和进步趋势，形成全面的学生画像。这种全面分析可以为教师提供更加精准的学情数据，使教师更好地给学生提供个性化的指导和支持。

三、实施效果

为了验证基于信息技术的初中化学实验教学方案的有效性和可行性，本研究选取了一个初中班级（九年级）作为实验班，按照设计方案进行实验教学实践，选取另一个班级作为对照班，按照传统方法进行实验教学。经过一个学期的实验，结果表明，与传统的实验教学相比，基于信息技术的实验教学方案在提高学生的实验技能和科学素养方面取得了更显著的效果。

在实验班，信息技术深刻地影响着初中化学实验教学的每一个环节。课堂上，教师不再仅仅是知识的传递者，还变成了学生学习路上的引路人。通过多媒体展示、虚拟实验等先进手段，化学实验的奥秘以直观、生动的方式展现在学生面前。学生们仿佛置身于一个充满奇幻色彩的化学世界，每一个分子、每一个反应都仿佛触手可及。这种变革不仅体现在教学方式上，更深深渗透在学生的学习体验之中。曾经枯燥无味的理论知识，在信息技术的加持下变得趣味横生。学生们可以通过电脑模拟实验，亲手操控反应条件，观察实验现象的变化，这种互动式的学习方式大大提高了他们的学习兴趣［8］。更重要的是，信息技术为学生们提供了自主学习与探究学习的广阔平台。他们可以在课后利用网络资源进行深入研究，与老师、同学在线交流心得，甚至在家中也能通过虚拟实验室进行实践操作。

信息技术在初中化学实验教学中的应用，不仅仅是为了让课堂变得更加有趣，还是为了培养学生的实验技能和实践能力。通过虚拟实验，学生可以在安全的环境下反复练习，直至熟练掌握每一个操作步骤［9］。而当他们真正走进实验室时，便会发现之前所学的知识和技能都能得到很好的应用。信息技术还为学生提供了更多实践机会。例如，通过参与在线化学竞赛、加入线上化学兴趣小组等方式，学生可以与来自全国各地的同好一起探讨化学问题，分享实验心得，从而不断拓展自己的视野和知识面。

结语

信息技术在初中化学实验教学中的应用具有深远的影响。对比分析发现，在接受基于信息技术的化学实验教学后，学生的学习兴趣、理解能力和实践操作能力都有了显著的提升。这种提升并非偶然，而是信息技术与教学紧密结合后的必然结果。未来，随着科技的不断进步和教育理念的不断更新，信息技术与教学的融合将会更加紧密、更加自然，在这种趋势下，初中化学实验教学的明天将更加美好。

［参考文献］

［1］陈兆先，董功平，朱景芳.教育信息化2.0技术在初中化学实验教学中的应用［J］.理科考试研究，2023，30（18）：54-56.

［2］王鲲.NB虚拟仿真软件辅助初中化学实验复习的设计与实践［D］.银川：宁夏大学，2020.

［3］龙志辉.信息技术背景下的初中化学实验教学探究［C］//广东省教师继续教育学会教师发展论坛学术研讨会论文集（十六）.广州：广东省教师继续教育学会，2023：5.

［4］苏尼尔.微信公众平台辅助初中化学实验设计及实践研究［D］.呼和浩特：内蒙古师范大学，2019.

［5］周胜英.基于信息化视野下初中化学实验教学模式探究［J］.科学咨询（教育科研），2020（12）：193.

［6］苗坤生.基于桌面虚拟现实的初中化学实验探究式教学模式的构建与实施［D］.济南：山东师范大学，2021.

［7］李考.信息技術与初中化学实验教学的融合初探［C］//2021教育科学网络研讨年会论文集（中）.北京：中国管理科学研究院教育科学研究所，2021：3.

［8］左莹.“互联网+”模式应用于初中化学实验操作技能培养的研究［D］.海口：海南师范大学，2020.

［9］谭粉霞.计算机信息技术在初中化学实验教学中的应用实践［J］.中国新通信，2023，25（8）：227-229.