化学实验设计.doc

附件5：【实验复习整合教学】无 机 制 备 实 验 设 计化学实验设计复习网络整合案例 温州第八中学 曾清勇一、 案例简介2004年，温州市信息技术与学科教学整合研讨会在温州市第二十二中学召开，我做为信息化研修班学员，义不容辞地接受了开整合课的任务。上课前2周时间内，我积极思考、寻找信息技术在化学学科教学中有密切相关的内容。从中筛选一整合点：利用虚拟实验室为教学平台，进行制备实验设计复习。由于长期以来高三化学实验复习课教学常常是困扰一线教师的一项教学难题，如何进行优化实验复习课的教学，提高学生学习兴趣，化被动接受为主动建构，进行知识的拓展、能力的培养，是化学教师们谈论的热门话题。因为实验复习课时，教师受多方因素影响，很难让学生走进实验室进行学习；教师也不可能一一进行课堂演示实验，让学生再现实验过程，更不能把更多的仪器搬到教室里进行组装、设计实验方案。因为这样占据较多的课堂教学时间、课前准备精力和受教室空间的限制；而实际教学中出现更多的是“口头实验”、“黑板实验”、“纸上实验”的教学现状，来进行实验复习的教学。学生常常感到课堂枯燥，实验现象、仪器难记忆，实验设计方案没有实物做载体而难以理解和想象，如能充分发挥信息技术的优势，建立虚拟实验室，进行实验复习教学，我想这是一个很好的尝试，同时它可供学生在课外上网继续学习、交流来加深对所学化学实验的理解，能为巩固化学学科知识打下扎实基础。在紧张而繁忙的两周时间内，我设计了一节基于网络环境下的整合课，建立主题学习网页制备实验设计和虚拟实验室。通过课堂教学实践，收到了很好的教学效果。课堂中学生学习兴奋，积极主动，课后这种整合教学模式受到学生们的欢迎，同行们的认可。它能充分发挥学生学习的主动性、积极性、合作精神，拓展知识、培养能力，同时课堂中能及时进行教学反馈，进行因材施教，使学生真正成为信息加工的主体，获得知识的主体，从而改变了学生的学习方式，培养学生终生学习的意识。现将案例描述如下，希望能对信息技术与化学学科教学整合起到抛砖引玉作用。二、 案例过程：片段1：集气瓶的活用教师点击鼠标进入主题网页中的虚拟实验室，点击常用仪器栏中集气瓶，拖置场景中（如下图所示：）点击右边框架网页中思考气体流向从左到右动态演示，与集气瓶上导管高度相平。（说明：可在虚拟实验室内任意点击拖动仪器，并进行转动、放大、缩小、复制、删除仪器图等操作）加导管组装如图 ，问：装置收集气体密度比空气大，还是小？生一齐答：大。问：若气体有毒怎么办？生一齐答：加橡皮塞 。拖动常用仪器栏中橡皮塞组装如图： 缩放左右导管变化位置如图 ，问：此装置适合于收集密度比空气大，还是小的气体？生答：比空气轻的气体，即相当于空气被排出。问：若空气的密度增大到液体的密度，比如集气瓶内装的是水，拖动辅助设备栏内液体组装如图 ，水则被压出，此时这装置就变成什么装置？生思考、回答：量气瓶或贮气瓶如图： 。实物演示：展示量气瓶装置，并用打气筒从左导管打气，右导管出口就有水流出，用量筒收集排出水的体积，指出气体进入集气瓶多少就近似于排出水的体积。点击动画演示启普发生器开、关进行实验，观察气体排出和贮存在容器内，情景，进行对比达到知识迁移的目的。点击右边量筒和导管进行删除，拖动左右导管变化高度如图： 问：此时该装置变成什么瓶？生答：洗气瓶。师：点击动画演示洗气示意动态图。点击拖动左右导管变化高度如图： ，问：此时该装置变成什么瓶？生答：安全瓶。点击拖动增加直导管如图： ，问：若左右进气，中间直导管排气，此时该装置变成什么瓶？生答：特定条件下的反应容器。知识联想和延伸：若左导管通入H2S气体，右导管通入SO2气体，在集气瓶内壁就有淡黄色硫和小水珠附着，进一步追问水是产物，还是制取气体时带出的水蒸气？引出制取H2S、SO2气体必须干燥、除杂质，思考制取气体发生装置、干燥装置、尾气吸收装置如何选取呢？点击发生装置栏中固液加热型和固液反应型的装置进行演示教学，同时进入主题网页中常见气体制备板块，进行复习、归纳实验室制取气体的通常步骤和仪器类型。通过片段1的教学，课堂学生惊叹！如此普通集气瓶摇身一变，功能强大，在变化之中深刻理解功能、用途和原理之间存在质与形的关系，学生在变化的舜间复习巩固实验室制取气体方法。在虚拟实验室里任意拖动、复制、删除、放大、缩小、移动、旋转实验仪器，既节约展示时间又克服了演示实验课前准备耗时、耗精力，又受到客观条件的限制的先天不足，通过集气瓶中所盛气体、液体等不同物质有型的变化；集气瓶中导管位置的变化，加强对学生感观刺激，吸引了学生的注意力，廷长学生视觉疲劳度。在变化中创设各种情景图，创设理想的意义建构学习环境，使其原理一目了然，让学生在愉悦、变化的场景中化解疑点，深入理解、巩固实验知识；同时开拓了学生视野、培养学生发散思维能力。因此信息技术在此有效解决了某些化学实验教学难题，这将大大提高课堂教学效率，提高教学质量。片段2：师：请学生点击主题网页中在线测试板块，进入网络在线测试，仔细审题，再点击下两道题的选支，最后按查看结果。我们来比一比，哪位同学做的又对又快。（附2道题如下）1、在实验室里可按下图装置来干燥、收集气体、多余气体可用水来吸收，该气体是（ ）A.HCl B.Cl2 C.NH3 D.NO2、下图为实验室中制取某种气体并进行净化、尾气处理的装置发生装置烧瓶中的药品如下组合：j Na2SO3固体和浓H2SO4；k NaCl固体和浓H2SO4；l MnO2和浓HCl；m 甲酸和浓H2SO4（制CO）；两个洗气瓶B、C中的药品分别如下组合： a、饱和NaHCO3溶液、浓H2SO4 b、饱和食盐水、浓H2SO4 c、浓H2SO4、浓H2SO4 d、NaOH溶液、浓H2SO4符合上图装置最适合的选项 是（ ）A、md B、ja C、kc D、lb生：做选择题积极主动、专注。师：观察教室内全班同学答题情况，有针对性的个别指导，同时关注在线测试统计显示的学生完成答题的人数和选题的准确度。通过片段2的教学，学生在这一环节激动，积极主动去审题、点击答案、按查看结果，想及时了解自己对常见气体制备知识掌握、理解和应用能力情况；利用网络即时在线的特点，提供在线查看结果，可以随时查看自己及班级同学答题的对错情况，来了解班级中同学做题目的速度和准确率，同学之间都有一比高低之架势。教师也利用了计算机快速诊断，统计的功能，可以实时了解学生的做题快慢，知识掌握情况，及时进行有针对性的讲评，进行因材施教。此环节是对学生建构知识效果的反馈，也为下一环节实验设计做知识准备。片段3：学生点击进入虚拟实验室，点击框架网页中情景，在任务驱动下，在虚拟实验中设计非常规实验装置 。问题如下：问题1：若没有现成的H2气体发生装置，请你利用试管、烧杯、U形管、量筒、干燥管、漏斗、橡皮管、扯水来等常见仪器，装配成一个简易的、能随开随用、随关随停的制取H2的可行发生装置。问题2：我们如何利用集气瓶和试管常规仪器来设计制取HCl、NH3、H2的非常规发生装置呢？ 请同学动手设计、组装作品并附简要说明，并上传到BBS交流、讨论。（时间为20分钟）。教师话音一落，激起千层浪。课堂学生激动、兴奋！轻声的讨论、有节奏的敲键盘声组成一节交响曲，把课堂气氛推向高潮。师：在教室内巡视、进行个别指导师：通过主机了解学生设计作品的情况，筛选学生好的、可行的设计方案。20分钟后，教师用网络控制系统进行屏幕主播，打开BBS讨论区中的作品情况进行有选择性的分析与评价，请不同机号的同学对自已作品作简要说明和必要的解释。 生：18号机同学作品图 , 说明：干燥管内放块状大理石不能掉到烧杯中，烧杯中放稀盐酸的用量为浸泡大理石为宜。师：理解启普发生器的应用原理，装置具有简约性和可操作性。师：点击BBS讨论区中学生发表的见解，和全班的同学进行交流，评价其见解是否有道理，不足之处有哪些问题2知识拓展，教师可提示不同反应原理和药品，如实验室里可用浓盐酸和浓硫酸制HCl，浓氨水和碱石灰或NaOH固体制NH3；锌粒和稀硫酸或稀盐酸制H2；再在虚拟实验室中转动试管和集气瓶得到不同适合于此原理的发生装置，分别如下图所示： ， ， 。学生豁然开朗，装置不是固定不变的，随着实验药品改变，原理的变化，制取实验装置也随之改变，我们要学以致用，在这虚拟实验室里你可发挥充分想象力，任意设计，展现个人能力。通过片段3的教学，学生在这一过程中拥有乐趣，学生在任务驱动下，实现“要我学”向“我要学，我能学”的转变。学生打破常规思维框架，发挥想象力，在虚拟实验室里任意组装，设计实验方案，它不受时间、空间，物质条件的限制，在网络世界中自由遨游。这样有效激发了学生的学习兴趣，学生在“玩”中轻松、愉快地获取了知识，提高了能力，充分发展了学生的个性，教师在这里起到个别指导的作用；通过学生将作品上传到BBS交流、讨论，评价，实现跨越时空个别指导和交流，这也是符合建构主义学习理论，学生在一定的情景下，通过协作、会话，从而达到意义建构目的。可见虚拟世界有时可成为现实生活中的一种延伸，且具有不可替代性，它可模拟有些现实生活中难以做到的事，通过模仿也可培养学生实验技能和动手能力，甚至可培养学生思维的灵活性和创造性具有不可替代的优势。三、案例思考 通过制备实验设计复习课的整合教学实践，它具有传统教学不可替代的优势。如环节1中创设虚拟实验室教学平台，首先在课堂中能有效创设各种教学情景，且灵活多变，有效提高演示效率，缩短课堂演示时间，它是传统演示做不到如此多变、快速的，而且课堂45分钟也不允许组装仪器占用太多的演示时间。其次能排除外界客观因素对课前实验准备的影响，它不受物理空间、时间的限制，随时进行实验教学。最后利用主题网页情景中设置的任务要求，学生在虚拟实验室里可自由想象，动手设计，培养了学生动手能力，做到虚拟教学与现实动手实验教学相结合。如环节2的在线测试板块设计，能快速统计测试结果，课堂上能有效把握学生学习动态，及时了解学生测试进度，测试的准确度，课堂教学才会有的放矢。课堂教学中学生表现为兴奋、都有一比高低之势，但对于学科知识掌握好的学生，做题速度快，对学科知识掌握不扎实的同学、网页不熟悉的同学动作就显得较慢，完成两道题目所用时间相差较大。另外已做好题的同学注意力易分散，出现个别同学重复按选支，观看结果如何，甚至有同学不认真审题，为了求快，直接按选支，再查看结果等不良现象。这些需要通过长时间学生对网络测试题的接触和教师的积极引导，才能树立正确的网络观。建义网络在线测试题，需按分层、递进来设计，以适合不同水平的学生，进行有选择的做，从而达到因材施教的目的，同时来吸引不同层次学生的注意力。如环节3的实验设计、作品上交、讨论等，通过BBS讨论区，同学作品上传，课堂上可进行即时在线浏览，可对同学作品进行评头论足，这种平等、和谐对话环境和跨时空的信息交流是传统传授方法所不能达到的。它为师生交流、生生交流、生机交流在课堂上起到示范、导向作用，它为学生在课外、在校内与校外教学互为贯通，为未来理想的信息化学校教学发展迈出坚定的步伐。本节课中，学生作品的上传比较成功，对作品用BBS讨论显得时间仓促、文字输入慢，还不如口头简述来评价设计作品来的更快、更清楚，但若课后时间充足，学生用QQ、BBS对某一问题剖析会更深刻，会畅所欲言。这样以学生为中心，基于网络环境下的学习，更能发挥学生的主动性、积极性，体现合作精神，达到对知识的意义建构的目的，为学生具有终身学习奠定基础。 通过制备实验设计复习整合课教学实践，还应注意以下不足之处。j如虚拟各情景的创设，在线测试结果的显示、学生作品的评价等都要加强课堂师生情感交流，要积极进行语言鼓励和支体语言的暗示来调动学生学习兴奋度；k学生动手进行在线测试，学生动手设计实验过程中，要对自我约束力较差的学生，教师要不断进行个别指导和渗透思想教育，化解学习过程中的疑惑。甚至在课前设计时，有必要为不同程度的学生设计不同的问题梯度和做必要的超链接及说明；l通过本节课的教学实践，基于网络环境下的整合课对学生和教师的信息素养提出更高的要求；m网络环境下教学整合课，对网络硬件设施提出了更高的要求。如网速快、畅通、稳定性，网络教室桌子摆放需合围成小组，创设合作学习硬环境，更有利于学生会话、协作和交流通过信息技术与化学学科整合课教学实践,我知道课前首先必须弄清楚信息技术在化学学科教学运用中的优势和不足，避开不足，设法找出信息技术在哪些知识教学方面能提高教学效果的整合点。如本节课中以虚拟实验室为平台，模拟设计实验是虚拟与现实实验的有效整合点；其次整合要从学生主体性学习出发，创设各种学习情景，能激发学生学习兴趣，让学生产生主动建构知识