信息技術促進初中化學微粒觀建構的教學實踐

項目基金：本文為廣州市教育科學規劃（Guangzhou education scientific research project）2017年度課題“使用數字技術提高初中化學微觀教學質量的研究”（項目編號：1201730385）的研究成果。

摘要：以“金剛石、石墨、C60”教學設計為例，在化學課堂中引領學生進行微觀探究，利用信息技術輔助教學，使學生從宏觀視角轉變到微觀視角中深入認識物質，促進知識內化，促進學生建構微粒觀。

關鍵詞：信息技術；微粒觀化學

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2021）14-0098

一、設計思路

初中化學是化學學科的啟蒙階段，且承擔提升學科核心素養的任務。通過近三年廣州中考數據分析，學生在微粒觀的發展水平還有待提升。微粒觀的形成不是一朝一夕的事，是需要安排在不同的學習階段、以不同的知識為載體，在不同的單元內幫助微粒觀螺旋上升地建構。而構建微粒觀，難在要認識肉眼不可見的微粒時，需要學生展開豐富的想象力，需要教師搭建支架降低認知難度，僅使用結構模型輔助解決不了問題。隨著信息技術的發展，微課、網絡測試、動畫、視頻、交互式智能課件、手機（攝像、截圖）實時投屏、電子白板等多媒體輔助化學微粒觀教學，能有效降低學習難度，促進化學微粒觀建構的教學。本文以“金剛石、石墨、C60”教學設計為例，剖析如何利用信息技術促進微粒觀建構的教學。

二、教學目標

1.了解金剛石和石墨的物理性質和主要用途，知道同一種元素也可以組成不同的物質；

2.通過對金剛石、石墨和C60中碳原子排列方式及空間結構的分析，知道物質結構、性質和用途三者之間的相互關系；

3.知道利用結構與性質的關系，可以改變結構創造新物質；通過暢想碳單質的結構活動，培養創新能力。

4.通過科學史實及科技發展信息，培養學生用發展的眼光看問題，培養科學精神和社會責任感。

三、教材分析

1.教學內容分析

“金剛石、石墨、C60”選自人教版九年級化學上冊第六單元課題一，本設計圍繞第一課時“碳單質性質、結構及用途”展開論述。利用網絡前測和大數據分析能精準把握本課難點。碳單質的結構比較復雜，用傳統的實物模型、PPT展示圖片不能有效解決學生的思維誤區。應用微觀動畫、視頻、交互式智能課件結合，不但擴充了課堂信息量，且促進學生微粒觀的形成，激發科學探索精神。利用投屏及時反饋，能幫助教師快速調整教學，解決問題。

2.學情分析

通過布置課前預習和完成網絡前測，通過數據分析，得出學生對“金剛石、石墨是由原子構成的，C60是由分子構成的”、“金剛石、石墨、C60結構與性質的關聯性”、“微觀粒子的變化與宏觀物質變化的因果關系”等知識點不理解，制定相應的教學策略。

3.教學重難點

（1）重點：物質的結構、性質、用途之間的關系

（2）難點：微觀視覺下結構與性質的關系、宏觀-微觀-化學符號之間的聯系

四、課前準備

布置學生課前預習課本，完成網上前測題。

五、教學過程及分析

環節一：引入新課，認識物質的多樣性

【創設情景】點石成金，在化學角度上能否實現？“鉛筆芯變鉆石”能實現嗎？

【多媒體展示】播放“鉛筆芯變鉆石”視頻。

【提出問題】鉛筆芯為什么能變鉆石呢？二者有什么共同點？觀察圖片進行思考。

【多媒體展示】課件展示金剛石、石墨的圖片及對應的結構模型

【學生回答】鉆石的主要成分是金剛石，鉛筆芯的主要成分是石墨，二者都是由碳元素組成的單質。

【提出問題】若要用化學符號表示金剛石、石墨，你會怎樣表示？

【多媒體展示】微觀動畫展示，依次點擊交互式智能課件中的金剛石和石墨模型，呈現出金剛石、石墨的整體結構動畫。

學生發現課本上的結構圖只是整體結構其中一部分，金剛石和石墨的結構能無限拼接下去，構成物質的最小單體是碳原子，從而總結出金剛石和石墨都由碳原子構成，化學式都為C。

【實驗演示】利用實物展臺實時投影演示實驗：金剛石裁玻璃、小刀削鉛筆芯。揭示物質性質決定用途，用途反映性質。

設計意圖：本環節的難點是通過微觀視覺分析物質的多樣性，需要老師設計問題串引導和用信息技術輔助。利用交互式課件展示結構模型、展示微觀動畫，突破了“金剛石、石墨是由原子構成的”問題，降低了思維難度，使學生更容易理解物質的化學式和物質多樣性。

環節二：動手探究物質結構與性質的關系

【設疑】2種物質都是碳單質，為什么物理性質有如此大的差異？

【微觀探究】派發金剛石、石墨結構模型，每4人小組一套，觀察模型中原子排列方式的區別。給模型施加壓力，觀察模型形變程度。

【提出問題】結構形狀有什么特點？回顧它們的物理性質，與其結構有相關性嗎？

【表達與交流】選取1組同學上臺匯報，邊講邊用視頻投屏展示操作。

【多媒體展示】動畫視頻展示金剛石、石墨結構與性質的關系，展示微觀粒子發生變化時，物質相應發生宏觀變化。

【歸納總結】兩種物質物理性質差異的原因是碳原子排列方式不同。物質的結構決定物質的性質，物質性質也會反映其用途。

設計意圖：本環節通過對金剛石、石墨中碳原子排列方式及空間結構的分析，知道物質結構、性質之間的相互關系。常見的案例僅用展示教學模型和教師口頭分析，本案例運用學生探究是強調學生主體地位，讓學生主動思考解決問題，培養歸納與表達能力。該環節用了直播投屏方式，使臺下學生更清晰地觀看到演示操作；運用了微觀動畫視頻，解決了學生難以描述的“物理性質與碳原子排列方式如何相關”的問題，且點亮了“微觀粒子的變化是宏觀物質變化的原因”，一箭雙雕。

環節三：學以致用，培養創新

【情景引入】碳元素不僅可以組成單質金剛石、石墨，還可以組成另一個重要的單質C60。

【多媒體展示】播放C60的發現與用途的視頻。了解諾貝爾得獎者發現C60的過程，增強學生科學探究精神。展示C60的結構模型，讓學生說出化學式C60的含義，了解C60的特性和用途。

【過渡】科學家在碳單質的探索之路上永不止步，20世紀90年代初納米碳管被發現了，2004年從石墨中成功分離出石墨烯。

【多媒體展示】播放石墨烯功能介紹視頻。讓學生了解石墨烯的結構與性質之間的關系，如纖薄、能彎曲、彈性大、導電性強等性質與微觀粒子變化的關系。

【表達與交流】請分享你看完本視頻的感受。

【學生活動】科技不斷發展，下一個被發現或被制備的碳單質是怎樣的呢？我們可以暢想它的化學式或結構，小組討論并把設計圖畫在紙上，老師拍攝照片投屏展示。

設計意圖：本環節目標是利用結構與性質的關系，可以改變結構創造新物質，培養創新精神；以發展的觀點看待碳的單質，提高學習化學的熱情。本環節的信息技術運用主要是播放科學史實、科學發展前沿視頻，旨在弘揚科學精神、愛國主義精神，培養嚴謹的科學態度，體現初中化學立德樹人的功能。

環節四：知識歸納

在交互式課件上以思維導圖方式進行本課小結。

環節五：習題鞏固

以拍照投屏形式講評典型錯題。

六、教學反思

1.大數據分析助力備課

利用問卷星、智學網等網絡工具進行線上測評，及時反饋數據，提升了教師備課效率。

2.鮮活視頻素材是激發學習熱情的催化劑

利用多媒體視頻展示，可讓學生了解科學史實、科學發展前沿?；瘜W史的教育功能是深層的，不但在學生心里播下嚴謹、求真的種子，學生甚至會把科學家作為崇拜的對象，去模仿，去超越。科學發展前沿更能激發學生學習化學的興趣，短短2分鐘的石墨烯視頻引起學生很大的觸動，學生們踴躍發表感想，對化學肅然起敬，對化學充滿信心，對科學充滿向往。

3.微觀模擬動畫拓展想象

利用多媒體模擬動畫，更直觀地展示微粒構成物質的過程、微粒間存在的間隙、微粒的運動、微粒的相互作用，降低學生學習的難度。建立物質的微觀變化導致宏觀變化的因果聯系。學生反饋預習課本時，看不懂結構模型，也不明白為什么“碳原子排列方式”會影響物質的性質，看完動畫和聽完課后就明白了。有的學生對石墨烯的視頻動畫印象很深，當材料彎曲的時候，原來微觀碳原子的排列也是彎曲的，很神奇，這是他沒有想到的。多媒體模擬動畫在微粒觀中的應用，大大拓寬學生想象的限度。

4.投屏技術拉近師生距離

利用投屏展示（截圖模式或直播模式），一方面時效性強，另一方面更清晰地展示實驗操作與現象、模型、練習情況，再者便于老師在屏幕上批注練習、操作，明確注意事項。本課例中，用了拍攝視頻直播投屏教師實驗操作和學生模型，用了拍照上傳到一體機屏幕展示畫圖、練習，并進行批改。學生反映直播投屏很清晰，坐最后排的學生也能看清操作每個細節。拍照投屏節省了學生上黑板書寫的時間，且能用班上典型習作及時批注講解，效果好。

5.網絡資源慎重選用

微觀動畫和視頻的功能強大，但要保證知識性、科學性及政治安全，需嚴格把關。網絡上的微觀動畫及視頻良莠不齊，甚至有科學性錯誤而誤導學生，選取時要嚴格篩選，若網上無對應的動畫，教師可嘗試用PPT、Flash等軟件制作，再用錄屏軟件進行配音。

參考文獻：

[1]黃 萍，李 林，冉 鳴.促進化學微粒觀建構的信息化教學工具研究.化學教育. 2017，38（01）：48-51

[2]鐘 紅.基于信息技術促進初三學生微粒觀建構的實踐.四川師范大學：四川省，2017. 1-83

[3]朱全勇.巧借多媒體，初建物質微粒觀.中國信息技術教育. 2014，（24）：117

[4]林 朋.利用交互智能課件促進學生“觀念建構”的教學探究———以《物質構成的奧秘》為例.四川師范大學：四川省，2015. 1-65

[5]郭同玲.信息技術賦能初中化學課堂教學———以“分子與原子”教學設計為例.讀寫算. 2019，（23）：17

作者簡介：黃嘉雯，女，漢族，畢業于華南師范大學，理科學士，中學化學一級教師，現任職于廣東華僑中學，任科組長，曾任區中心組成員，教學方向：初中化學

（作者單位：廣東華僑中學 510030）