過程可視化微型實驗設計在中學化學教學中的應用研究

任睿

摘? 要：化學是一門建立在實驗基礎之上的學科，教師需要在課堂上通過實驗的形式來加強學生的理解與認識。因此，本文從中學化學教學中開展實驗教學的必要性入手，引入可視化微型實驗的有關概念和設計理念，結合理論與課程實踐，針對其實驗內容提出可視化微型實驗的設計操作流程，以期能夠為提高中學化學教學的有效性提出新的思路和借鑒。

關鍵詞：可視化微型實驗;中學化學;實驗教學;教學設計

一、中學化學實驗教學的必要性

理論和實驗結合是化學教學的兩大要素，兩者不是割裂的關系，而是相互支撐的，對于化學教學而言是缺一不可的。在化學教學中開展實驗環節，能夠加深學生對于理論知識的理解，還能夠獲得較為系統的知識體系，也能夠鍛煉學生總結與發現規律的能力，最終養成獨立自主探究的能力。因此在化學教學當中引入實驗，能夠有效地提升課堂效果。目前在化學實驗教學中通常利用兩種教學模式，一是以老師作為主體的演示實驗;二是學生的分組探究實驗。在教師實驗演示中，教師是實驗的操作者，學生在其中通過理論知識總結實驗現象，教師也可以通過引導來鍛煉學生的思考能力，加強學生對于化學教材上內容的理解。分組實驗的形式有著一定的不同，學生既是實驗現象的觀察者，也是化學實驗的實際操作者。學生可以在教師的引導之下通過分組配合來完成實驗，這種形式能夠很好地鍛煉學生的動手實踐能力，也能夠有效結合化學課堂中的理論知識，實現理論和實踐技能的雙收獲。

二、可視化微型化學實驗的有關概念

（一）過程可視化的概念

可視化指的是利用直觀且清晰的方式來表現出事物本身的特點，主要是利用計算機圖形技術將某些抽象的事物直觀地展示到電腦屏幕上，通過概念圖、思維導圖及認知地圖等形式實現知識的可視化。可視化和過程可視化之間存在著一定的差別，可視化主要通過輔助設備使原來不容易觀察到的現象變得更加明顯，而過程可視化涵蓋了兩方面的內容，首先，是可視化的延展，也融合了過程的思維，展示出事物變化的過程。其次，過程可視化又和對事物的感知不同，將過程可視化的概念融入化學實驗教學中，能夠更加清晰和直觀地展現出化學知識與概念，能夠通過過程可視化方法展現出原本不能夠直接觀察的實驗現象，更好地提升學生的觀察效果。

（二）微型實驗的概念

微型實驗指的是利用綠色化學的理念和小型儀器來開展化學實驗的一種方法，能夠利用較少的資源來獲取等量的實驗信息。從表面上來看，微型實驗只是使用較少的化學試劑和化學儀器。為了能夠提升實驗現象的觀測效果，微型實驗在儀器與試劑方面都有著一定的改變，實驗流程設計和實驗方法要隨之變化。例如可以利用注射針管來充當滴管，也可以利用輸液塑料管來替代玻璃導管，這樣能夠有效地降低實驗室的成本。微型實驗消耗的資源比傳統實驗形式更少，因此，能夠最大程度上減少對環境的損害，還能夠有效提升實驗的效率。

（三）過程可視化微型實驗

過程可視化微型實驗將可視化技術與微型實驗結合在一起，能夠通過更少的資源實現更加明顯的實驗現象。過程可視化微型實驗利用某種技術手段，可以將某些特殊的實驗現象進行放大，能夠提升教學實驗的參與感。通常情況下，可以利用微距鏡頭以及具有存儲功能的電子設備來開展過程可視化微型實驗。微距鏡頭能夠提供更好的觀察體驗，電子設備可以將某些反應劇烈的實驗現象放慢，能夠給予學生足夠的觀察時間，可以通過反復觀察，學生還可以更細致地分析實驗現象。

三、過程可視化化學實驗的設計原則

（一）貼合教學目標

過程可視化微型實驗的設計需要充分貼合教學目標，每一個實驗都需要和課程內容進行結合，每一個實驗都是為了加深學生對于教學內容的理解。因此，當進行過程可視化微型實驗設計的過程中，就需要充分的考慮實驗內容是否能夠符合教學目標。

（二）符合學生的認知水平

化學實驗的目的是讓學生更好地掌握化學理論知識，因此，化學實驗的設計就需要符合學生的認知特點。在設計過程可視化微型實驗的過程中，首先需要結合學生的知識儲備，參考學生普遍的認知能力，不能夠設計過于復雜的實驗，或者過多的考驗學生的動手實踐能力。如果實驗中涉及很多學生未曾接觸的知識，很有可能就會導致實驗無法進行。

（三）實驗原理科學嚴謹

化學實驗需要符合實際的理論與原理，因此，在進行過程可視化微型實驗的設計過程中，就需要針對實驗原理進行設計，否則很容易會出現觀察不到實驗現象等問題，影響學生對于實驗與理論知識的掌握。

（四）簡化實驗設備

開展過程可視化微型實驗的初衷之一是節約實驗成本，做到實驗的普及。因此，在進行可視化微型實驗的設計過程中，需要避免采用復雜的實驗設備，這樣還能夠降低實驗的難度，便于學生觀察實驗現象。通常情況下，開展可視化微型實驗都有著儀器設備的選用標準，通常只選用比較常規的器具，使用較小劑量的化學藥劑。

四、結合實例的可視化微型實驗設計思路

（一）過氧化氫制備氧氣實驗的設計思路

過氧化氫制備氧氣是初中化學實驗中的重點內容，實驗中使用了二氧化錳作為催化劑。在日常的實驗教學中，教師為了驗證氧氣的產生，常用帶火星的木條來進行檢驗，這種實驗方式無法讓學生直接獲知氧氣的生成速率。為了能夠觀察氧氣生成的速率，教師可以再準備兩個彈性較大的氣球，通過氣球的膨脹快慢就可以獲知氧氣的生成速率，在帶火星木條復燃情況的基礎上，加上氣球來放大實驗現象，使學生更直觀地看到二氧化錳對過氧化氫的分解的催化作用。也可采用傳感器，監測繪制氧氣生成的速率圖。這兩種方法都可以體現實驗可視化的設計思想。在講解多種催化劑均可催化過氧化氫分解的這個反應時，提供儀器和藥品，儀器中加入學生還未接觸過的點滴板。學生有的會采用試管進行實驗，有的則會選擇使用點滴板進行實驗，經過實驗、小組對比分析，學生在整個科學探究過程中，體會到微型實驗的優勢，并有可能在后續實驗中繼續設計使用微型實驗。

（二）有害有異味物質實驗的設計思路

在化學實驗中可能會產生有害有異味的物質，教師如果在此時選擇播放網絡視頻的形式來替代實驗，將會造成學生學習積極性的下降，不利于學生掌握相關知識點，學生也無法獲得相應的實驗技能。例如在教學微粒運動實驗時，教師可以利用一個大燒杯將盛有濃氨水和酚酞試劑的兩個小燒杯罩在里面。這個實驗不會涉及很復雜的實驗步驟，也有著比較明顯的實驗結果，因此比較適合以課堂展示的形式來進行。此外，教師也可以設計一套特別的實驗設備，將一個具有分叉的試管用試管塞塞住，分叉試管的兩端分別放置濃氨水和酚酞試劑。這種方法相比原有的方法也有很大的提升，教師可以將實驗裝置交給學生交換查看，更便于學生直接觀察，能夠充分調動學生的積極性，也不會污染教師環境，符合綠色化學的有關理念。

化學的教學方式需要充分結合理論知識與實驗技能的培養，但是中學化學實驗教學中還存在諸多的問題。為了能夠有效提升學生的實驗學習效果，就需要結合可視化微型實驗的教學設計思路，從而提升學生的實驗觀察體驗，能夠進一步提升教學目標的實現效果。

（責任編輯：胡甜甜）

參考文獻：

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