基于手持技术数字化实验的化学深度教学.pdf
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1、SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学研究基于手持技术数字化实验的化学深度教学周海欧1,邓丹2(1.顺德区教育发展中心 广东佛山 528300;2.顺德区华侨中学 广东佛山 528300)摘要:如何在课堂上落实深度教学,从学科本源上进行教学,突破学习难点,确保学生进行深度思考值得教育工作者不断探索,而手持技术的引入解决了“核心概念学习”“课标难点突破”“典型实验探究”等化学学科教学问题,进一步促进学生深度学习,形成勇于实践、严谨求实的科学态度,发展其科学实践能力。通过案例介绍手持技术促进深度教学以及对教材中的一些内容进行手持技术应用的建议,以便更好地开展深度教学。
2、关键词:深度教学;手持技术;课堂DOI:10.19935/ki.1004-2326.2023.07.005教育部基础教育课程教材发展中心“深度学习总项目组”将深度教学界定为“在教师引领下,学生围绕具有挑战性的学习主题,全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程”1。该界定通过“挑战性的学习主题”明确教学要围绕学科核心知识,确保学生思维的深度;通过“全身心积极参与、体验成功”指出在学习过程中应当设计适合学生的学习活动,在过程中体会知识的形成过程,领悟学科核心方法与思维;通过“获得发展的有意义的学习过程”指出深度学习的最终落脚点在于使学生形成积极的内在学习动机、形成健康向上的情感、态度与
3、价值观。由此可见,“深度学习”最终目的是培养人,培养既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀学习者。如何在课堂上落实深度教学?“深度学习”的发生需要条件。首先,教师对学科体系与课程标准的整体把握、对教学内容和教学意图的用心设计、对核心概念与基本原理的认真梳理是保障。其次,创设民主、平等、合作的互动氛围,在此氛围下实施适合学生的学习活动,让学生在学习活动中自主地学习,体验知识的生成过程,引导学生领会活动的价值与意义、学科的方法与思维。同时,还需要持续性关注学生学习的反馈信息,从而在后续的教学过程中进一步地完善和改进。数字化信息系统实验(Digital Information Sys
4、tem,DIS),又称手持技术数字化实验,是由传感器、数据采集器、计算机及相应软件等构成的能够采集化学实验数据,并以图表形式呈现出来的现代化实验技术手段,具有可视化、定量化的特点2。普通高中化学课程标准(2017年版)(以下简称“课标”)明确提出“要适当增加数字化实验、定量实验和创新实践活动,让学生在实验探究活动中学习科学方法,认识科学探究过程,体会、认识技术手段的创新对化学科学的重要价值”。目前,手持技术数字化实验在全国范围内的应用已初见成效,有多所高等院校建立起了手持技术实验室,部分发达地区的中小学也先后引入了手持技术数字化设备并应用于课堂3。截至2022年3月底,在中学教育方向,以“深度
5、学习”为主题在中国知网平台搜索,共计有673篇学术论文,以“手持技术”为主题搜索,共计有137篇学术论文。经过阅读和统计发现,在“常见无机物及应用”“化学反应与能量”“化学反应速率”“水溶液中的离子平衡”等专题中已经凝练出了许多优秀的、较为成熟的基于手持技术数字化实验的案例开发和教学设计,深入解决了有关“核心概念学习”“课标难点突破”“典型实验探究”等方面的化学学科教学问题,进一步促进学生深度学习,形成勇于实践、严谨求实的科学态度,发展其科学实践能力。1基于手持技术的化学深度教学典型案例1.1核心概念深度学习概念教学是学科教学过程中的一个重要环节,化学教学也是如此。学生正确、深入地理解和掌握核
6、心概念,才能在后续的学习过程中灵活运用。手持技术 102023 年第7期实验教学研究支持下的化学概念教学,基于学生已有认知结构,通过创设实验探究的情境,呈现规律性变化的数据,结合教师步步深入的引导,将抽象概念具体化、微观事物宏观化,深入概念的高阶思维层级的学习4。例如,化学学科中涉及的“电离、离子反应及其发生条件、化学平衡、分子间作用力”等概念都可以通过手持技术数字化实验直观呈现过程中的物理量变化,进一步深入体现概念的本质,树立化学观念。以“离子反应”这一典型的化学概念教学课为例,呈现教学案例的具体思路5。【学习主题】离子反应的本质。【实验意图】利用手持技术持续监测“向Ba(OH)2溶液中逐滴
7、滴加H2SO4溶液和Na2SO4溶液时的电导率变化”实验,揭示反应过程中并非全部离子都参与反应,从而更加深层次、全面地认识离子反应的本质和变化过程。【实验方案】实验 1:烧杯中注入 20 mL 0.01 mol/L的 Ba(OH)2溶液(滴有酚酞),逐滴滴加 0.02 mol/LH2SO4溶液,测定其电导率变化并观察溶液颜色变化。实验 2:烧杯中注入 20 mL 0.01 mol/L 的 Ba(OH)2溶液(滴有酚酞),向其中逐滴滴加0.02 mol/L Na2SO4溶液,测定其电导率变化并观察溶液颜色变化。【实验现象】实验1:有白色沉淀生成;随着H2SO4溶液不断滴加,溶液电导率不断减小到接
8、近于零,再增大;溶液由红色变无色。实验2:有白色沉淀生成;随着Na2SO4溶液不断滴加,溶液电导率减小到一定数值;溶液红色未褪去。电导率变化曲线如图1所示。024681012时间/s稀H2SO4滴入稀Ba(OH)2溶液稀Na2SO4滴入稀Ba(OH)2溶液电导率/(Scm-1)2 0001 5001 000500图1电导率变化曲线【实验评价】以手持技术数字化实验为辅助进行离子反应本质的实验探究,用溶液电导率变化表征离子浓度变化(图1),通过直观化、具象化的数据让学生深入理解离子反应的本质和变化过程,以两组实验的曲线对比进一步证据推理,体现了科学探究的精神。1.2课标难点深层突破“教学难点”往往
9、包含两个层面的意思:学生难以理解或运用的内容,或者是学生容易出错或混淆的内容,大部分为重要的抽象概念或规律。这一部分内容有时恰恰正是在课堂上教师和学生需要重点突破的部分。深层突破这些概念或规律,可以帮助学生从本质上理解和掌握知识,在探究过程中培养思维能力,提升学科素养。然而,如何将微观的、看不见摸不着的微粒变化更加形象化地呈现给学生,让学生从不同的层面感受到概念的内核本质,需要教师进行探索。以“化学平衡移动的影响因素探究”为案例,通过手持技术数字化实验作为教学辅助手段,给学生直观呈现“宏观微观符号曲线”的4重表征,帮助深层理解化学平衡移动的过程6。【学习主题】探究浓度对化学平衡的影响。【实验意
10、图】借助手持技术定量检测“在Fe3+-SCN-平衡体系中加入相同体积不同浓度的KSCN溶液时体系的透光率(T)变化”,从而准确直观地表明随着反应物浓度的增大,化学平衡向正反应方向移动。【实验方案】实验16:在3 mL Fe3+-SCN-平衡溶液中分别加入0.1 mL 0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mol/L及饱和的KSCN溶液,用色度计检测其透光率。实验7:在3 mL Fe3+-SCN-平衡溶液中加入0.1 mL去离子水,用色度计检测其透光率。【实验现象】实验16:在3 mL Fe3+-SCN-平衡溶液中分别加入0.1 mL 0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mol/L及饱和的
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