信息技術與化學課堂的整合策略

一、引言

傳統化學課堂常受限于抽象概念表述與實驗條件不足，學生難以直觀理解微觀粒子運動，無法體驗完整的探究過程。隨著教育信息化的發展，三維建模、虛擬實驗等技術為化學教學注人了新的活力。例如，動態晶胞模型使金剛石結構可視化，云端平臺能夠實現跨校數據共享，AR技術能夠將金屬活動性教學轉化為互動游戲式教學等，從而為初中化學教學效率的提升創造了條件]。本文探討信息技術在優化初中化學教學內容呈現、驅動個性化教學，以及構建協作網絡中的實踐路徑，并通過真實案例分析基于信息技術的課堂模式革新，為化學教學的數字化轉型與創新提供參考。

二、信息技術與化學課堂教學的整合意義

（一）信息技術讓化學課堂煥發新活力

在科技飛速發展的背景下，信息技術為化學課堂教學帶來了革命性的改變。在傳統課堂中，學生常常對著課本上的分子式發呆，面對抽象的原子結構一籌莫展。而信息技術的融入，讓這些難題迎刃而解。

例如，教師運用三維動畫展示水分子的“V”形結構時，學生可以通過屏幕旋轉模型，觀察氧原子與兩個氫原子之間的微妙角度變化。這種動態演示遠比課本上的平面示意圖更具沖擊力，原本抽象的分子世界頓時變得觸手可及。再如，在酸堿中和反應課堂上，教師可以調取火山噴發的實景視頻。這種虛實結合的教學方式，讓化學反應原理不再停留在方程式層面。同時，通過教學軟件即時生成的實驗數據曲線，學生能像科研人員一樣分析反應進程。這種“沉浸式學習”體驗極大激發了他們的探究欲。

（二）豐富教學資源，優化教學過程

信息技術就像一把萬能鑰匙，為化學課堂打開了豐富的資源寶庫。當傳統教學受限于課本插圖與實驗室器材時，云端資源庫里的微課視頻、動態元素周期表、化學反應慢鏡頭等，讓枯燥的化學知識以鮮活的方式躍入學生視野。信息技術還讓教師的備課不再局限于紙質材料與教參。教師可以通過教育云平臺迅速調取金屬腐蝕的延時攝影、合金冶煉的工廠實錄，以及諾貝爾獎得主的實驗演示。這些立體化的資源不但能在一定程度上豐富化學課堂教學內容、優化教學過程，也能有效激發學生的學習興趣，促進學生深入學習，獲取新知。例如，在“常見金屬的物理性質和化學性質”實驗教學中，教師可以利用虛擬的實驗軟件進行實驗模擬，讓學生在不具備實際實驗條件的情況下也能真實地、直觀地觀察實驗操作過程，并準確地通過模擬實驗分析過程、發現知識、總結經驗，從而掌握實驗技能，提高學習效率。

（三）培養學生的自主學習能力

信息技術與化學課堂的整合，能夠在潛移默化中培養學生運用信息技術解決學習難題、搜索學習資源等方面的技巧與方法，從而培養學生的自主學習能力。當學生被“為什么金離子能輕松搶走電子，而鉀離子卻總在‘慷慨解囊’”這類問題難住時，信息技術便化身為隨叫隨到的化學導師。學生只要點開教學平臺上的動態元素周期表，發現金原子像守財奴般緊抓電子，而鉀原子則是電子界的“散財童子”。再通過3D模型觀察兩者的電子層差異，便使原本晦澀的氧化性概念變得易于理解。由此可見，信息技術有助于培養學生的自主學習能力。

三、信息技術在化學課堂中的具體應用

（一）可視化技術呈現微觀結構

在教學中，教師可以使用動態晶胞模型展示碳的兩種同素異形體，讓學生通過3D建模軟件旋轉觀察石墨的層狀結構和金剛石的立體網狀結構。學生在平板電腦上用手指縮放甲烷分子模型，軟件會實時顯示鍵長、鍵角等參數變化。這種直觀操作能幫助學生更好地理解抽象的雜化軌道理論，使原本復雜的空間構型變得清晰可辨。另外，備課系統還整合了大量數字資源，如當教師輸入“電鍍原理”時，可快速獲取實驗視頻、工業流程動畫和習題庫。教師能靈活組合素材制作課件，如將鍍鋅鐵片腐蝕對比實驗與電子遷移動態圖結合，能讓學生直觀比較不同金屬的防護效果，提高學習效率。

（二）云端平臺實現教學互動

在溶液酸堿度教學中，學生可以用智能設備檢測液體的 pH 值，數據自動匯總生成酸堿度分布圖。教師只要選取典型數據就能設計課堂例題，如利用某位同學檢測的運動后汗液 pH 值5.3與食醋的 pH 值進行對比分析等。這種由真實數據驅動的教學，讓理論知識與生活實際緊密結合，有助于深化學生對知識的理解。此外，在信息時代，跨區域教學協作成為新常態。山區學生拍攝的雨水凈化過程視頻，能與城市學校的實驗室數據在云端同步整合。通過遠程操作平臺，學生還能控制異地實驗室的智能設備進行溶液配制、實時觀察電子天平讀數變化等。這能夠極大地方便學生的學習。

（三）虛擬仿真保障實驗安全

在信息技術的支持下，在金屬鈉與水反應的模擬實驗中，學生可以自由調節鈉塊的質量、水溫等參數。當操作超出安全范圍時，系統會暫停實驗并彈出標準操作指南視頻。學生可通過慢放功能觀察反應細節，并能清晰看到鈉熔化形成銀球、氫氣氣泡生成等關鍵現象。還有電解水虛擬實驗支持學生在不同反應條件下反復進行實驗。學生可自主調節電壓強度，系統即可即時生成氣體體積變化曲線。當氣體比例偏離理論值時，軟件會自動提示考慮氣體溶解度的溫度影響。此外，實驗平臺還可以提供標準化的操作評估，對電極安裝、溶液配制等步驟進行實時指導，促進學生學習。

很顯然，這些技術的應用不僅能夠解決傳統教學中的設備限制問題，還可通過虛擬實驗的多次試錯、云端數據的即時分析、微觀結構的可視化觀察等，使學生逐步建立科學的思維方式，并培養學生的探究能力。

四、信息技術與化學課堂的整合策略

（一）優化內容呈現

1.多媒體課件的巧妙運用

在“碳單質與氧氣反應”課程教學時，教師可以運用PPT動畫功能分步展示反應過程。課件可以設置三個可操作模塊：點擊碳原子模型觸發電子層變化動畫，拖動溫度調節條觀察燃燒速率差異，旋轉視角查看不同形態碳的燃燒特性對比，實現教學目的[2]。

例如，教師可利用ChemDraw軟件繪制分子結構并嵌入課件，以便在教學時為學生進行動態演示。當講解完全燃燒與不完全燃燒時，教師可以讓學生通過觸控屏調節氧氣供給量，如氧氣充足時碳原子與氧分子1：1結合生成 CO₂ 的球棍模型；氧氣不足時則生成CO的簡化結構。課件也支持重點標注功能，如用紅色閃爍提示關鍵化學鍵斷裂位置等，方便學生學習。在進階應用中，教師可接人實時傳感器數據。在探究燃燒條件時，課件同步顯示酒精燈加熱區域的溫度變化曲線，當溫度達到碳的燃點時自動觸發燃燒。這種虛實結合的方式，能將抽象反應條件轉化為可視化參數，促進學生學習。

2.專業軟件強化實驗認知

在進行實驗教學時，教師可以利用虛擬實驗平臺開展探究式教學。以“二氧化碳制取”實驗為例，學生可先在軟件中搭建三維實驗裝置：通過拖拽分液漏斗調節鹽酸滴加速度，并選擇不同粒徑的大理石碎片。在此過程中，系統會實時顯示氣壓變化曲線。當收集氣體超過集氣瓶容積時自動觸發警示提示。此時，教師可調取學生的操作日志，針對常見問題設計專項訓練。比如，教師在學生的操作日志中發現，有小部分學生未掌握驗滿方法，這時候，教師便可利用系統向學生推送“燃著木條放置位置”的微課視頻。而對于學有余力者，軟件也會開放拓展模塊，如對比實驗室制法與工業煅燒石灰石的流程，通過能耗數據分析以引導學生理解綠色化學理念，提升學生的科學素養。

（二）數據驅動個性化教學

在金屬活動性順序探究實驗中，虛擬實驗平臺會全程記錄學生的操作數據。系統能夠精確統計每位學生完成“金屬與酸反應”模塊的用時、錯誤操作次數、參數調節頻率等多項指標。教師端可以實時生成可視化學情表：用熱力地圖呈現班級對“金屬置換反應條件”的理解盲區，發現有將近半數的學生混淆了濃度對反應速率與產物類型的影響。

基于此，教師可以實施三級分組指導，如對于學習能力較強、操作熟練的學生，教師可為其開啟進階性任務：讓學生通過虛擬傳感器采集鎂與稀硫酸反應的溫度、氣壓數據，計算反應速率公式 ΔV/Δt ，并探究表面積對反應進程的影響規律；對于中間層學生，教師可以在“鐵與硫酸銅反應”環節，讓系統自動插入分步操作提示動畫，為學生重點演示如何用電子天平稱量反應前后的質量差；對于學困組學生，可以觸發補救方案：為學生推送“金屬活動性階梯”AR模型。學生可以用手機掃描課本插圖，即可查看金屬失去電子的動態過程，并通過將金屬塊拖拽到虛擬酸液中觀察是否產生氣泡。

事實證明，在“溶液導電性”教學中，智能診斷系統發揮著關鍵作用。當某生在連續三次測試中誤判蔗糖溶液為導體，平臺即會立即啟動干預機制：第一階段推送對比實驗視頻：展示 0.1mol/LNaCl 溶液使燈泡發亮，而同濃度蔗糖溶液會使燈泡保持熄滅；第二階段解鎖離子遷移模擬器：學生手動拖動 Na+ 和Cl-通過虛擬溶液，觀察導電率隨離子濃度變化的實時曲線；第三階段開啟診斷測驗：用交互式流程圖辨析“電解質-電離－導電”的邏輯關系，錯誤選項自動關聯對應微課片段等。

教師可通過云端平臺設置能力進階關卡。以“酸堿中和”為例，學生需依次完成如下關卡：1.基礎關：觀看中和反應可視化演示；2.實驗關：在虛擬實驗室，用pH傳感器完成滴定操作；3.拓展關：分析胃藥中氫氧化鋁含量的真實檢測數據。

學生每通過一關，系統會自動解鎖新權限，如掌握中和熱計算后可訪問工業廢水處理仿真系統等。平臺累計數據顯示，采用該模式后，學生的實驗方案設計能力有了很大的提升，對原理的理解水平和遷移應用能力也有了相應的提高。

（三）構建網絡協作式教學

1.跨區域實驗數據共享

在“溶液的濃度”教學中，教師可以依托國家中小學智慧教育平臺發起“中國甜度地圖”項目。讓各地學生用糖度計檢測本地常見的飲品，如北京組測量北冰洋汽水（含糖量 9.6g/100mL ），海南組測試椰子水（含糖量 4.2g/100m ）等。學生將數據實時上傳即可生成可視化分布圖。通過對比分析，學生可以自主發現“含糖量與地域飲食習慣”的關聯性，從而將溶質質量分數計算融入真實情境。

在“粗鹽提純”跨校協作中，山區學生上傳自己用紗布制作的過濾裝置視頻，城市學生回傳實驗室精密過濾數據。云端平臺會自動生成對比報告。在此過程中，教師可引導學生設計改進方案。最終，兩地學生合作開發“竹炭 + 棉布”的簡易高效過濾法。這種方法不但能使雜質率降低，也有助于提升學生的動手能力。

2.實時互動式實驗診斷

在教學過程中，教師可以借助ClassIn虛擬教室開展“酸堿鹽”專題教學。當講解中和反應時，教師可以發起實時實驗挑戰：三組學生分別操控虛擬滴定管，如A組用鹽酸滴定 ΔNaOH ，B組用醋酸滴定 Ca（OH）₂ ，C組用硫酸滴定氨水。大屏同步顯示三組的pH變化曲線：當C組曲線出現異常波動時，教師立即凍結畫面，并用激光筆標注突躍點，引導學生發現弱電解質對滴定終點的影響，從而促進學生的學習。

3.社會化學習社區建設

教師在教學時可以圍繞“碳中和”課題，在智慧樹平臺創建專題社區。如在“燃料及其利用”這一單元教學中，教師可以讓學生分組完成如下課題：調查組用問卷星收集家庭燃料使用數據；實驗組通過虛擬燃燒室模擬不同燃料的 CO₂ 排放量；研發組設計生物質燃料制備方案。這種方式能夠通過化學教學內容與現實生活的有機結合，培養學生的知識應用意識和能力，從而進一步提高學生的科學素養。

五、結束語

總之，信息技術與化學課堂的整合已從工具輔助邁向深度重構。例如，微觀結構的可視化呈現能夠化解學生的認知難點，虛擬實驗的安全試錯有助于培養學生的科學探究能力，云端協作網絡能夠拓展學生的學習邊界，從而使學生的學習效率得到顯著提升。未來，隨著AI與物聯網技術的深度應用，化學課堂將進一步走向“虛實共生”，如通過智能手環實時監測實驗環境數據，或借助元宇宙平臺開展分子結構協同建模，從而為提升學生的化學學習能力、提升學生的學科核心素養創造有利的條件。

作者單位：周世強甘肅省定西市臨洮縣程家鋪初級中學

參考文獻

[1]趙妍，任紅艷.近10年《化學教育》有關信息技術與化學教學的文獻分析[J].化學教育（中英文），2017，38（23）：43-46.

[2]王曉東，郭能，錢琬燕.信息技術與中學化學課堂教學整合策略的案例研究[J].課程教育研究，2018，（19）：149.