數(shù)字賦能：初中化學(xué) “溶液”單元教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出，化學(xué)教學(xué)應(yīng)“注重真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，加強(qiáng)探究性學(xué)習(xí)”[1]。數(shù)字化技術(shù)憑借其強(qiáng)大的信息處理、模擬仿真和交互功能，為化學(xué)教學(xué)提供了豐富的資源和手段，有助于實(shí)現(xiàn)情境化教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。將數(shù)字化技術(shù)融人初中化學(xué)教學(xué)，已成為實(shí)現(xiàn)“以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向”的課程目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。筆者以“溶液”單元為例，探討數(shù)字技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略與實(shí)踐成效，旨在構(gòu)建高效、互動、創(chuàng)新的教學(xué)模式，推動學(xué)生核心素養(yǎng)的全面提升。

一、數(shù)字化技術(shù)革新溶液教學(xué)的緣由

化學(xué)學(xué)科具有抽象性、微觀性和實(shí)踐性等特點(diǎn)。筆者通過學(xué)情調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對溶液的認(rèn)識存在誤區(qū)：如將溶液等同于“液體”，認(rèn)為牛奶、水都是溶液，對溶液均一、穩(wěn)定的特征缺乏理解，認(rèn)知停留在生活常識層面。初中生認(rèn)知以直觀感知為主，對溶液單元涉及的分子、離子等微觀粒子運(yùn)動和變化理解困難。同時，溶解度測定、溶液配制、蒸發(fā)結(jié)晶等實(shí)驗(yàn)操作耗時長、誤差大，學(xué)生操作能力不足易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。傳統(tǒng)教學(xué)手段難以使學(xué)生獲得直觀深刻的微觀印象。

為突破教學(xué)重難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，筆者在溶液單元教學(xué)中應(yīng)用了電導(dǎo)率傳感器、色度傳感器及虛擬實(shí)驗(yàn)室等數(shù)字化工具。電導(dǎo)率傳感器定量探究溶液電導(dǎo)率與溶質(zhì)濃度的關(guān)系；色度傳感器直觀展示溶液顏色變化與溶質(zhì)種類、濃度的聯(lián)系；虛擬實(shí)驗(yàn)室則提供安全、可控的環(huán)境，降低抽象知識理解難度。這些工具提供了直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生深人理解溶液均一性、穩(wěn)定性等特征，糾正錯誤觀念，構(gòu)建知識體系。

二、情境化主線串聯(lián)單元教學(xué)活動

溶液是初中化學(xué)“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”主題的重要內(nèi)容，是落實(shí)“物質(zhì)的多樣性”概念的重要載體，需結(jié)合真實(shí)情境教學(xué)。然而，學(xué)生常缺乏直觀體驗(yàn)，難以建立知識與應(yīng)用的聯(lián)系。溶液單元知識由宏觀到微觀、定性到定量，邏輯性強(qiáng)，但學(xué)生易因抽象性產(chǎn)生理解障礙。

本單元以“潘冬子運(yùn)鹽”為情境主線進(jìn)行整體設(shè)計。該主線貼近學(xué)生生活，能有效激發(fā)興趣與思考，通過問題鏈驅(qū)動活動，在活動中落實(shí)核心知識，促進(jìn)學(xué)生能力提升與素養(yǎng)形成。主線從歷史故事“藏鹽、運(yùn)鹽、找鹽”延伸至現(xiàn)代科技“新疆沙漠養(yǎng)魚”，形成知識閉環(huán)與能力拓展，幫助學(xué)生理解知識的歷史背景與實(shí)際應(yīng)用，增強(qiáng)感性認(rèn)識，促進(jìn)知識與生活的聯(lián)系。

筆者考慮學(xué)情與認(rèn)知水平，將知識整合為四個進(jìn)階專題，設(shè)置梯度化問題任務(wù)（如圖1）。借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化傳感器等工具，組織學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、探究總結(jié)，不僅解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作難題，更通過微觀展示和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析，降低抽象知識理解難度，提升探究興趣和學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在觀察微觀過程、分析數(shù)據(jù)、構(gòu)建模型等活動中，逐步形成“證據(jù)推理”“模型構(gòu)建”“創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)。

三、數(shù)字化工具支撐精準(zhǔn)教與學(xué)

（一）探秘“鹽去哪里了”：從宏觀到微觀建構(gòu)溶液概念

本專題設(shè)計進(jìn)階驅(qū)動性問題與活動，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與綜合能力，教學(xué)流程如圖2所示。筆者以“潘冬子藏鹽”情境引入，激發(fā)學(xué)生好奇心，模擬“藏鹽”實(shí)驗(yàn)，讓他們直觀感受物質(zhì)溶解性差異，理解物質(zhì)與水混合后的穩(wěn)定性。設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究溶解過程溫度變化，引導(dǎo)學(xué)生自主認(rèn)識溶液組成與溶質(zhì)多樣性，初步建立溶液概念。探究食鹽水上下部分性質(zhì)是否相同，運(yùn)用電導(dǎo)率傳感器和色度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、數(shù)據(jù)處理及跨學(xué)科思維，深人理解溶液均一性。筆者配制蔗糖溶液并測定導(dǎo)電率，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度分析溶質(zhì)分散形式，實(shí)現(xiàn)宏觀到微觀的認(rèn)知跨越，初步構(gòu)建微粒觀，培養(yǎng)微觀分析和邏輯推理能力。

本課時教學(xué)重難點(diǎn)是溶液概念及特征。突破手段為：用電導(dǎo)率傳感器感知溶液中粒子存在及變化；借助色度傳感器理解溶液均一性；用溫度傳感器準(zhǔn)確測定溶解熱。教學(xué)設(shè)計環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生在探究中提升綜合素養(yǎng)。

（二）探究“能藏多少鹽”：定量認(rèn)識飽和與不飽和溶液

本專題整合“飽和溶液與不飽和溶液的概念”及“溶液組成的定量表示”。教學(xué)活動片段如下（見表1）。

以提問“能藏多少鹽”引發(fā)學(xué)生對溶解限度的思考。基于實(shí)踐辨識與歸納概括明確概念。針對極少量溶解難觀察的難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生利用電導(dǎo)率儀提高精度與效率，培養(yǎng)創(chuàng)新能力與協(xié)作精神。借助虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬轉(zhuǎn)化過程，安全直觀地深化理解。最后定量認(rèn)識溶液，構(gòu)建溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念并應(yīng)用于實(shí)際問題解決（計算藏鹽量），提升應(yīng)用與問題解決能力。

表1專題二教學(xué)片段

本課時教學(xué)旨在通過實(shí)踐活動與數(shù)字化手段，幫助學(xué)生深人理解飽和溶液與不飽和溶液的概念、判斷、轉(zhuǎn)化及溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定量表征。

（三）實(shí)踐“找回消失的鹽”：建模分析影響溶解度的因素

本專題延續(xù)情境，提出問題“如何找回消失的鹽，如何藏更多鹽”，引導(dǎo)學(xué)生思考影響溶解度的因素。筆者控制變量設(shè)計實(shí)驗(yàn)，借助電導(dǎo)率傳感器精準(zhǔn)探究，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)，對比分析影響食鹽溶解性的因素（如溫度），進(jìn)而歸納推理建立溶解度概念模型。學(xué)生結(jié)合動態(tài)數(shù)據(jù)繪制溶解度曲線，比較不同物質(zhì)溶解性，培養(yǎng)數(shù)形結(jié)合能力。他們針對結(jié)晶難點(diǎn)，借助虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬，提高效率，感知過程，明確蒸發(fā)結(jié)晶與降溫結(jié)晶的適用條件，初步體會物質(zhì)分離提純方法。

教師開展上述教學(xué)活動旨在于引導(dǎo)學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)分析、設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究影響溶解度的因素，鞏固控制變量思想，建立溶解度概念模型，學(xué)習(xí)分離提純方法并解釋實(shí)際問題，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作與歸納推理能力。

（四）創(chuàng)新“沙漠養(yǎng)魚”：知識的遷移與應(yīng)用

本專題為創(chuàng)新性實(shí)踐活動。學(xué)生首先借助數(shù)字化資源，自主檢索“沙漠養(yǎng)魚”信息，鍛煉信息篩選整合能力。隨后，融合地理、生物學(xué)等跨學(xué)科知識，利用數(shù)字化平臺探究新疆“沙漠養(yǎng)魚”的可行性及技術(shù)支持。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，動手配制特定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液（模擬養(yǎng)殖所需），運(yùn)用數(shù)字化設(shè)備精確控制條件、記錄數(shù)據(jù)。最后，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)，分析“夏天曬鹽，冬天撈堿”蘊(yùn)含的化學(xué)原理，提升理論應(yīng)用與問題解決能力。活動全程結(jié)合數(shù)字化評價量表綜合評價，以評促學(xué)（如圖3）。

教師設(shè)計該活動旨在培養(yǎng)學(xué)生以化學(xué)視角思考和解決實(shí)際問題的能力。從“潘冬子運(yùn)鹽”歷史到“沙漠養(yǎng)魚”科技前沿，形成知識閉環(huán)與能力延伸。

四、數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)與反思

筆者基于教材及學(xué)情，借助數(shù)字技術(shù)開展“溶 液”單元教學(xué)實(shí)踐。筆者以“潘冬子運(yùn)鹽”情境主線貫穿和數(shù)字工具賦能，實(shí)現(xiàn)了知識、能力與素養(yǎng)的有機(jī)融合。情境主線有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與探究欲；數(shù)字化手段將抽象微觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為直觀數(shù)據(jù)和圖像，成功突破重難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解核心知識，初步形成化學(xué)觀念。四個專題層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)探究與數(shù)據(jù)分析，有效促進(jìn)了“證據(jù)推理”“模型構(gòu)建”“創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)發(fā)展[2]。學(xué)生不僅掌握了溶液的核心知識與技能，而且能將其應(yīng)用于解決實(shí)際問題，體會“化學(xué)來源于生活，服務(wù)于生活”。

本研究也存在局限，例如部分學(xué)生可能過于依賴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而忽視原理理解；教學(xué)資源有待進(jìn)一步拓展優(yōu)化以滿足分層需求。未來可深入探索數(shù)字技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的整合路徑，開發(fā)更具針對性、創(chuàng)新性的資源，進(jìn)一步加強(qiáng)對學(xué)生思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]周業(yè)虹.研究新課標(biāo)情境素材培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維[J].化學(xué)教學(xué)，2023（4）：23-27.

（作者系山東省淄博市淄博柳泉中學(xué)教師）

責(zé)任編輯：祝元志