基于网络的化学分层实验教学探索

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  当前中学化学演示实验由于现象的稍纵即逝,使学生较难真正观察、了解实验现象和原理。学生动手实验由于时间、仪器、学习能力和学习特点的不同,也会导致在化学实验中有不同表现。信息技术的出现为解决化学实验过程中存在的部分问题提供了良好的技术支持,为学生预习、复习、自主实验提供了比较理想的工具。笔者在设计基于化学新课程标准的实验软件,探索计算机支持下个别化实验预习与复习的反思中,认为以网络作为交流平台,利用化学实验学习软件进行化学分层实验教学,可以解决因材施教的个体性和班级授课制的集体性之间的矛盾。基于此,笔者尝试构建了基于网络的化学分层实验教学模式。
  
  一、基于网络的化学分层实验教学模式
  
  由于Blog是一种介于门户网站和个人网站之间的新的网络表达方式,学生基于Blog进行化学学习,可以培养学生创造性思维、情感态度、研究性学习能力。因此,我选择了Blog平台进行师生、生生之间的沟通。
  该教学模式将Blog与化学实验软件结合,用于学生对化学实验的复习与预习,用在高三总复习中效果尤其突出。在备战高考时,学生一般不会到实验室做实验,对于实验的理解仅仅是“背实验”。在这种情况下,利用基于网络的中学化学分层实验教学模式进行实验的预习和复习,会起到事半功倍的效果。
  笔者所在的课题组根据分层实验理论,开发了与高中化学人教版教材配套的化学实验软件系列。它包含高中化学中100多个演示实验和学生实验。在开展分层教学前,教师要求学生先建立个人Blog,加入到班级Blog中。进行实验教学时,学生先在班级Blog上明确学习任务和实验要求,根据自身能力自主确定实验目标,按照不同的目标在实验软件中选择实验,在软件上完成实验。实验结束后,学生在Blog上发布实验数据和观察到的实验现象,同时发布实验成败的原因和实验报告心得,并对实验过程进行反思。教师可针对实验的各个环节,在学生的Blog上指导、评价,在自己的Blog上总结学生学习情况。学生之间也可以通过Blog进行互相评价,讨论相关问题。
  
  二、化学实验教学案例的设计
  
  笔者选取“酸碱中和滴定”实验,设计了基于网络化学分层实验的教学案例。虽然该实验在现行的三种主流教材(人教版、苏教版和鲁教版)中都是选修内容,但它依然是现行高中化学课程中非常重要的内容。各种考试往往依据该实验设计出很多不同难度的题目,且这一知识点与其他章节的联系也很紧密。因此,笔者以课题组开发的“中和滴定”化学实验软件为技术依托,利用构建的基于网络的化学分层实验教学模式,设计了“酸碱中和滴定”实验教学案例。
  (一)分层实验目标和实验内容
  “酸碱中和滴定”实验的基本目标是通过酸碱中和滴定实验,掌握酸碱中和滴定的原理,学习相关滴定仪器的操作,正确选用指示剂进行有关实验数据的收集和处理、计算实验结果、分析实验误差等。笔者将该目标分为初级、中级和高级。
  初级实验目标:基本掌握酸碱中和滴定的原理,基本学会中和滴定的操作,熟悉常用指示剂的选择原则,学会滴定管读数,可以按照步骤完成实验内容。
  中级实验目标:通过实验学习,对酸碱滴定原理比较熟悉。熟悉滴定操作及滴定管的使用方法,能初步解决实验中遇到的实际问题,并写出实验报告。
  高级实验目标:对酸碱中和滴定的基本知识及滴定操作非常熟悉,熟练并正确使用滴定管,能准确观察实验现象,正确测量实验数据,细致分析实验结果,写出规范的实验报告。能利用所学的理论知识分析实际问题,初步形成设计滴定实验的能力。
  根据分层实验目标,我进一步确定了“酸碱中和滴定”实验的分层实验内容。
  初级实验内容:进行滴定管的洗涤,选择指示剂和标准液浓度,取任意体积的待测液进行滴定实验,完成实验报告。
  中级实验内容:选择指示剂和标准液的浓度,进行滴定操作,判断不同情况下(例如读数的高低、滴定管是否润洗等)引起的误差,根据所得的实验数据绘制酸碱滴定曲线。
  高级实验内容:进行溶质、溶剂的称取,用容量瓶配置溶液,选择标准液对所配制的溶液进行滴定,判断分析误差,绘制酸碱滴定曲线。
  (二)实验软件的特点
  1.交互性。实验的每个步骤都需要让学生利用鼠标实现对仪器的选择、洗涤、组装、使用,溶液的倾倒、转移,试剂的滴加等,这对学生组装实验仪器、训练实验操作技能尤为重要。
  2.智能性。化学反应的产生通常需要一定条件,因此在开发中应设计合理的程序,智能地判断反应条件是否达到,真实再现实验现象。例如指示剂选择错误,锥形瓶中溶液颜色不发生变化或变化不明显。软件还应对操作路径进行跟踪,及时提供反馈,智能判断实验步骤是否正确,操作是否规范。例如组装滴定仪器时,必须按照正确的顺序,否则无法组装成功。软件的智能性设计,不仅能够使不同层次的学生明确实验步骤和注意事项,也能使学生思考产生这些误操作现象的原因,提高他们分析、解决问题的能力以及实验规范操作的能力。
  3.探究性。在设计软件时,应允许学生出现错误,使学生看到错误的实验操作会出现怎样的现象,引发他们对问题的思考。学生利用实验软件完成实验后,还可逆向思维进行探究。如教师引导其思考滴定管为什么要润洗?如果不润洗会出现什么样的情况?锥形瓶需要洗涤,却不能润洗,如果润洗会出现什么情况?用标准的碱溶液滴定未知酸时,若酚酞为指示剂,最后一滴碱滴入后,会产生什么样的误差?
  4.可错性与可重复性。学生实验过程中,若某一步操作错误,软件会按照误操作呈现结果,加深学生的印象,但不会像真实实验一样存在任何安全隐患,这使得学生在操作这类软件时消除了对实验的恐惧感。同时,学生又可以通过重做实验,得到正确的结果。学生在反复的正误操作对比中,会对正确实验步骤产生深刻的印象。
  (三)分层实验教学的过程
  学生选定学习目标:教师先在班级Blog上发布学习任务、实验要求、分层实验目标和分层实验内容。学生登录班级Blog,明确学习任务和实验要求,根据自己的实际能力,在教师的引导下确定适合自己的实验目标,并在自己的Blog上发布,以便教师确认信息。
  进行实验操作:学生按照确定的实验目标在实验软件中选择相应的实验内容,利用软件做实验,进行复习和预习。学生根据对实验的理解进行操作,操作的过程是随机的,软件在设计时对实际实验中可能出现的各种错误操作及其对应的错误结果进行合理设定,在学生操作软件时软件自动跟踪学生的操作,并作出相应反馈。在学生需要的情况下,由软件为学生提供错误信息和出错原因,为学生在Blog上和教师、同学交流提供了帮助。
  实验完成后:学生将记录的实验数据、实验现象、实验心得、实验后的反思在Blog上发布。教师和其他同学对其进行评价。教师通过学生在实验过程中发布的内容,和其他学生的评价,了解该学生实验情况,完成对学生的过程性评价。
  分层教学的理论和实施策略体现了尊重差异、适应差异、利用差异的教学思想。该思想与网络教学工具、实验软件相结合,创造出生动的数字化学习环境。但这种分层教学还处于初级研究阶段,特别是对这类化学实验软件,笔者认识还比较肤浅,仍需在操作中不断探索更新的教学模式。
  
  参考文献
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