信息技术在化学探究学习中的应用

1、信息技术在化学探究学习中的应用上海市晋元高级中学 张琳龄 李靖 陈晶君 荣淑霞 陈红岩 摘要：阐述了信息技术应用于化学探究学习的基础，提出了化学探究学习中应用信息技术的原则、策略和方法。结合化学研究型课程和基础型课程，从信息技术与自由探究完全整合及与定向探究部分整合两个方面，剖析了应用信息技术进行化学探究学习的案例。关键词：信息技术、探究学习、化学教学时代发展和新课程改革要求教师更新观念，探索新型教学模式。探究性学习作为符合“以学生发展为本”理念的一种全新学习方式，已被越来越多的教育工作者所认同。但是，实践中也产生了许多有待突破的问题，如：为了提高探究学习效益，需要开发更多与之相适应的课程资源

2、，积累更多适合探究学习的方法和策略等。我们结合化学学科特点，从应用信息技术优化探究学习过程的角度，作了初步的探索。1应用基础全日制义务教育化学课程标准明确指出：“作为科学教育的重要组成部分，新的化学课程倡导从学生和社会发展的需要出发，发挥学科自身的优势，将科学探究作为课程改革的突破口，激发学生的主动性和创新意识，促使学生积极主动地学习，使获得化学知识和技能的过程也成为理解化学、进行科学探究、联系社会生活实际和形成科学价值观的过程。”化学是一门与社会生活和时代发展紧密相连的学科，化学也是一门创造新物质的学科，平均每天都有成千上万种的新物质被发现或发明，创新是化学的魅力所在，有层出不穷的新问题可以

3、探索是学习化学的魅力所在。而化学学习过程中的信息检索、实验操作、观察记录、整理分析、推理小结等过程，都是探究性学习的基本环节，化学学科适合开展探究性学习。同时，国家基础教育课程改革纲要（试行）中明确指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”纲要启发我们可以借助信息技术所独具的“生动多样性”、“动态时效性”、“开放丰富性”和“共享交互性”等其它教学手段不可替代的优势，为探究学习构建坚实的物理支撑。

4、可见，化学与探究性学习以及信息技术存在着内在的联系，具有整合的基础和必要。2应用原则教育信息化最有活力的要素是人，因此，关注的核心应该是人的发展而不是物的堆积。我们在将信息技术引入化学探究性学习的实践中，始终把人的发展放在中心地位，不仅把信息技术作为辅助教和学的工具，还努力着眼于技术促进人的发展来开发和利用信息技术，使信息技术为“学生”和“教师”，也就是人服务。在具体实施时，我们主要基于三个“有利于”原则。21有利于突出教学本质，落实教学目标。我们认为评判信息技术是否应用恰当，其首要标准是：能否成为合适的学习工具，能否服务于学生完成探究学习目标。因此，我们引入信息技术从实用出发，即从落实课程标

5、准和教学目标出发，围绕激发探究兴趣、提高探究能力和达成探究目标作文章。力求有目的地应用信息技术，防止应用的虚化症。22有利于突破教学难点，提高思维品质。我们认为判断信息技术是否应用恰当的一个重要指标是：能否启迪学生思维，为学生突破探究难点和促进对教学内容的理解提供有力的认知工具。因此，我们在选用具体的信息技术手段时，根据技术的特征和功能进行筛选，尽力使这项技术的运用成为该教学环境中最有效的手段。力求有针对性地应用信息技术，克服应用的泛化症。23有利于改善学习方式，引导探究创新。我们认为应用信息技术要有利于营造新型学习环境，能为学生改变传统的以知识为线索的线性学习方式创造条件，使信息技术成为探究

6、学习的环境构建工具。在应用时，力求充分根据各种信息技术的优势适当交替使用，使学生不感到单调和枯燥，始终处于积极的情绪状态，避免了应用的僵化症。3应用策略以提高信息技术在化学探究性学习中的有效性为着眼点，以营造新型教学环境、实现新的教与学方式、变革传统教学结构为实践点，在准确诊断出整合点的基础上，将信息技术引入化学探究性学习。31根据化学教学内容特点，找准结合点。如，对于初学不易理解的电离等微观变化或晶体结构，我们用化学仿真实验室或动画模拟软件帮助理解；对于不易看清或不适合课堂操作的实验，我们用实物投影或实验录像来解决。32根据探究学习过程，找准切入点。如，在产生探究课题阶段，可以通过信息技术创

7、设探究情境，来激起学生探究欲望；在交流探究结果阶段，或运用实物投影、或用反馈表决器，也可通过局域网交流平台等，即时进行师生和生生间的交流。33根据不同信息技术特点，找准对接点。如，DIS实验能快速准确地显示定量实验中的数据变化，我们将其用于基于实验数据分析的探究学习；网络的特点是有强大的链接和交互功能，特别适合于任务驱动式的主题或单元探究。4应用方式我们主要采用两种应用方式：完全整合和部分整合。当前化学探究性学习有两种主要方式：以学生独立探究为主的自由探究和在教师引导帮助下的定向探究，前者主要存在于研究型课程，后者以基础型课程为主。我们在“化学与能源”的研究型课程中，通过研究基于资源利用的、局

8、域网环境下的主题化探究性学习，探索信息技术与自由探究的完全整合。我们通过运用信息技术优化基础型课程中的探究环节，研究信息技术与定向探究的部分整合。5案例剖析51在研究型课程中信息技术与自由探究的完全整合。我们曾尝试过直接利用因特网来开展研究型课程，但发现存在着一些问题。主要有：（）大多数学生在确定探究主题前，对相关资料的了解度较低，其中有相当数量的学生，上网浏览时常常迷失在信息的海洋中，不会从海量的网络资源中提炼出恰当的学习课题。而学会从资料中寻找有探究价值的问题，恰恰是自由探究学习的一个重要学习目标。（）浩如烟海的信息资源任学生“自由翱翔”，会使筛选辨别能力还较弱的高中生分不出轻重和主次，不

9、仅大大地降低了学习效率，而且无助于培养学生分析和组织资源的能力。况且，网络资源还存在着良莠不齐、正误并存的问题，容易给求知中的学生传递错误的信息。（）学习过程中的心得和疑惑没有专门的交流平台，对自主学习和同伴合作有较大的制约作用。为此，我们在高一年级开展的“化学与能源”研究型课程，采用局域网环境下的资源型探究学习方式。511本案概述。本案例的学习对象是高一年级学生，学习内容是“化学与能源”，学习方式是以学生独立探究为主的研究型课程。学习目标主要有三：（1）知识目标是理解化学与能源的关系，了解能源发展概况和能源的开发与利用。（2）技能目标是能围绕主题，在对信息进行筛选、分析和组织等加工过程中，体

10、会如何利用信息资源提出学习问题、开展探究活动和表达交流探究结果。（3）价值观目标是引导学生关注人类生存环境，增强节能和开发新能源意识；培养自主学习和团队合作学习习惯。学习基础是：学生对“能源”一词耳熟能详，但没有进行过较深入的主题性学习；化学基础型课程中已初步学过化学变化中的能量变化，学生有兴趣加深理解和进一步拓展；学生具备搜集电子信息能力，会上网浏览、下载和制作电子报告等。学习流程主要有：（1）有兴趣拓展学习“化学与能源”的学生自愿报名，并自由组合成5人左右的学习小组。（2）通过浏览局域网及链接资料，确定该主题下的学习方向、学习步骤和结果呈现方式，并通过局域网提交学习计划。（3）通过进一步搜

11、集和整理资料，在分析、实验、讨论等基础上提出小组的学习见解，完成学习报告。（4）利用网络或多媒体等信息技术，大组交流学习成果。（5）完成学习评价。512本案特色5初步搭建了自己的化学与能源专题学习网。该网以提供教师筛选过的相关专题学习资料为基础，并根据自由探究学习环节的特点，设置了如图栏目。插图学习网主页 5专题网为探究学习服务。研究型课程中，学生的学习自由度较基础型课程大很多，我们利用专题网的课题管理栏目，对学生的学习过程进行积极的引导，不仅有效地使学生的学习过程松而不散，而且为学生示范了较为科学的自由探究学习流程，为学生今后自我规划该类型的学习提供了样板。在课题资料中，提供由教师预先设定和

12、制作的资源，并通过网络链接为学习能力强的学生提供更广泛的资源，使探究目标更明确，探究内容更集中，探究过程更深入，探究结果也更有深度。我们利用交流平台插学习交流页面及时进行生生和师生间的对话，可以在第一时间提供学习帮助，展示学习成果。如下，是教师在巡视过程中录下并挂上专题网的学生学习过程片段。据了解，不仅该组同学浏览时非常兴奋，其他组同学浏览后也情绪高涨，这种学习效果只有通过专题信息网才能达成。插视频“学习成果”51.3本案分析5利用网络资源将信息技术与探究学习完全整合，可以超越传统探究学习的条件限制，为学生创造便捷丰富的探究环境，为学生自主学习打开了空间，有利于培养学生独立自主获取信息、组织信

13、息并运用信息解决问题的能力。基于资源网的探究学习，学生需要进行信息查找、信息采集、信息分析、信息组织、信息表达和信息交流等深层次的信息加工活动，学生在运用信息技能开展探究学习的过程中，认知结构和认知水平在不断改善和提高，不仅促进了自身知识技能的意义建构，同时还提高了采集、处理和表达信息的技能。同时，师生、生生即时交互，大大加强了教学中的师生平等和学生协作学习的精神与自由度，学生在交流中脑力激荡，创新的火花频频闪现；在展示成果中体验成功的愉悦并产生学习的兴趣。5建立专题网将信息技术与探究学习完全整合，更符合高中生的认知特点和能力基础，有利于克服泛资源学习常见的学习过程表面化、学习内容散碎化和学习

14、结果肤浅化的不足。教师根据学习专题和教学要求，预先制作并给出与学习内容密切相关的、对完成学习任务有直接帮助的资源，即保证了资源的充足，又克服了一般网络资源的庞杂和可能的科学错误。专题网能帮助能力一般的学生走出“海里捞针”提炼不出学习课题的困境，有利于学生明确学习任务和目标。借助专题网可以避免将学习停留在查出一大堆资料而对资料的运用却仅作简单的顺序堆积上，有助于重点培养学生在查询、分析和处理相关信息的基础上建构自己新的理解，提高发现问题和解决问题的能力，从而落实以信息运用为主线的教学目标，实现通过“资源”促进学生“探究思维”的发展和自主学习习惯的养成。专门的交流平台，不仅使学习同样主题的学生有了

15、及时畅通的寻求帮助、发布成果和进行评价的渠道，而且教师也额外地获取了学生交流过程中产生的、宝贵的生成性资源。“课题管理”不仅起到了调控和管理的作用，还为学生今后管理自己的研究过程示范了方法。实践表明，在局域网环境下、将信息技术与探究学习完全整合，特别适合高中起点年级学生进行基于资源利用的自由探究学习。52在基础型课程中信息技术与定向探究的部分整合。受教学时间和空间的制约，学生在基础型课程中的课时探究性学习往往集中在某部分内容或某个环节上，更需要教师根据各学习环节特点精心构架教学支持。应用信息技术特别是多媒体技术，能向学生提供形式多样、功效各异的学习支持，调动学生各种感官参与学习活动，充分发挥各

16、种感官的作用。这不仅大大丰富了教的手段和学的途径，而且也在改变着学生的学习和思维方式。从化学学科的特点看， 实物投影、反馈表决器、电脑、视频、动画等软硬件是成本不高、作用不小的辅助学习手段。52.1信息技术应用于产生探究问题环节。如下视频，分别应用于“氧化还原”、“硫及其化合物的转化”引入阶段。插入视频“火箭升空”、“火山爆发”结合时事热点或真实背景，借助视听媒体和计算机辅助教学系统立体呈现学习情境，具有很强的真实性和现场感，很容易抓住学生的注意力，激起学生的好奇心，调动起学生探究的热情和欲望。又如“氮的固定”一节，同样以“魔鬼谷奇景”引入，以前我们通过图片加描述的方法呈现，学生的反应都不很强

17、烈，现在，视频插入“魔鬼谷奇景”加上教师的讲解，让学生有了身临其境的真切感，学生纷纷猜测，自然产生出魔鬼谷的氮肥是怎么产生的、氮肥的产生为什么那么困难等本堂课的重点探究问题。生动真实的视频呈现方式，可以引导学生快速入情入镜，使学生恍如置身于一个真实的生活情境，不仅大大激发了探究热情，提高了学习的主动性和积极性，而且能在潜移默化的熏陶和感染中引导探究思维的启动，培养了学生“产生探究问题”的习惯和能力。这些效果，是一般语言、文字或图片等平面呈现方式无法做到的。52.2信息技术应用于突破探究难点环节。学生在探究过程中，常常会遇到一些难点问题。如化学键的形成，是微观世界的变化，看不见摸不着，以前采用图

18、示加讲解的方法，但对初学者尤其是想象能力不强的学生来说难以理解。采用动画辅助教学后，形象直观地呈现出看不见摸不着的微观变化过程，可以帮助学生跨越宏观与微观的思维障碍，有助于初学者建立和理解化学概念。而且经过多次先观察动画演示再表达理解的学习过程，学生对微观变化的想象力和理解力明显增强。我们常用动画模拟化学变化过程，来帮助学生理解概念，但不用动画模拟实验过程。如在学习有机物的空间结构时，对三维世界知之甚少的学生怎么看都是二维的平面图形，而一般的球棍模型又受平行班同时使用需求大、每套中球棍数量有限等限制。为了克服这一难点，我们引入化学仿真实验室（如图是其中的一个界面）的分子模拟编辑器，学生在电脑上

19、搭一搭、想一想的学习中，可以逐步增强空间感受能力，从而提高获取三维信息的空间想象力。插入“分子结构的搭建”。又如，限于教学空间和时间的限制，一些有毒实验或费时较多的实验无法在课堂上演示，以前用“口头实验”或“书本实验”的办法替代，效果不理想。不少演示实验的现象，后排学生观察不到。等等问题，运用多媒体技术可以很好地予以解决。视频是课堂实录“氮气和氧气反应”的演示过程。插入视频“氮气与氧气反应”氮气和氧气的反应时间较长，我们就通过视频剪辑化长为短，使学生在有限的学习时间内观察到了完整的实验过程。实验现象和结果应该是未经任何加工的真实反映，所以我们在放视频的同时演示真实实验。真实实验与实验录像结合的

20、方式，可以使学生树立正确的科学道德观念，避免产生剪辑的录像可以代替真实实验的错误想法。演示实验现象不利于后排同学的观察，我们就通过实物投影仪化小为大，使所有的学生都能清晰地观察到实验现象。对于较为复杂、不易掌握操作要领的实验，我们也引入视频。教学时，采用教师示范后，循环播放视频的形式，学生可以边实践边对比纠正，克服了部分学生因初次学习，一下子未完全领会操作要领而导致操作失误的弊端，有利于规范的实验操作技能培养。对于一些着重于运用实验数据进行分析的探究活动，我们通过探头和相关数据处理软件，边实验边同步给出测定结果。这样，削枝强干，有利于着重培养分析和处理实验数据的能力。插入视频“DIS实验”，视

21、频是“化学变化中的能量变化”中应用DIS实验系统的课堂实录片段，运用DIS实验，把原来看不见的温度变化过程直观地显现了出来，为学生下一步的探究活动创造了条件。DIS实验是目前较为先进实用的学习手段，但由于探头通用性不强和价钱较贵等原因，我们尝试的范围还不广。52.3信息技术应用于交流探究结果环节。在交流反馈学习结果时，我们主要采用三种信息技术手段。运用实物投影仪，投影学生的学习报告。实物投影仪使用方便，特别适合于纠错完善型的探究结果交流，如化学方程式的书写、实验装置的设计等。教师可以投影有代表性的学生学习报告并引导观察和讨论，使学生在不断优化他人方案的同时自查自省，完善认知。运用反馈表决器，及时反馈学生探究结果。插入反馈表决器如页面，教师可以及时准确地知道每个问题、每个学生的学习结果，便于下一阶段根据