信息技术支持下依托城乡教育共同体开展初中化学实验教学的实践

摘    要：信息技术支持下依托城乡教育共同体实施教学，可实现优质教育资源的共享，促进教育公平性发展。在初中化学实验教学的设计中，教师需要分析教学内容，确立教学目标、教学重难点及相应的问题解决措施，采用大单元教学模式。具体实践中，教师可构建教育共同体、重组实验内容、立足实验探究、融合信息技术，以启动同步课堂教学、构建实验探究模型、培育科学思维、促进深度学习。

关键词：信息技术；城乡教育共同体；实验教学；初中化学

科学探究是化学学科的重要研究方法，而化学实验是科学探究的主要方式。通过实验教学，可以发展学生基于化学视角解决问题的能力、质疑与批判能力及创新意识。然而城乡教师专业背景和学校实验教学资源之间存在的差异，一定程度上影响了学生公平和高质量地经历化学实验学习。依托城乡教育共同体开展教学有助于解决上述问题。关于教育共同体，辜美华认为，它是基于共同的教育信仰，为了共同的教育目标，在共同的教育范式中的教育工作群体，而通过教育共同体，能实现校际间的资源共享、均衡发展，最终让更多的学生享受到优质的教育资源［1］。为探索让更多学生享受到优质教育资源的实践路径，笔者依托由福建省的福州江南水都中学（城区学校）、闽侯大义中学（城乡接合部地区学校）、永泰东洋中学（农村地区学校），以及新疆维吾尔自治区奇台一中组成的教育共同体，以“空气中氧气含量的测定”实验为教学内容，为四所学校的两百多名学生在云端共上了一节课。下面结合相关情况对此作一阐述。

一、内容分析

“物质的性质与应用”是化学学科中一个非常重要的学习主题，涉及物质的组成、性质、变化、用途等化学学科知识及实际应用性知识，承载全面落实发展学生核心素养的功能。其内容结构如图1所示。

“空气中氧气含量的测定”即属于该学习主题，其学科本原性问题是“探究混合物成分的含量”。它是学生接触的第一个综合性较强的定量实验，涉及燃烧、氧化、质量守恒定律等基本化学概念，以及抽象的气压变化。它是气体教学的重点内容，也是学生学习的难点，学好“空气中氧气含量的测定”可为物质的分类作铺垫，也可为后续系统化地研究物质奠定基础［2］。

二、教学目标、教学重难点与问题解决措施

通过数据平台收集实验课的学习效果，笔者发现学生对实验的创新装置无从下手，对反应物的判断较为模糊，并未真正形成“气态混合物成分测定”的化学观念，缺乏“排干扰”的思想。因此，笔者通过整合相关史实和实验教学内容，确立教学目标、教学重难点及相应的问题解决措施，以切实提升学生的化学素养，促进深度学习。

（一）教学目标

目标1：通过回顾科学家的研究历程，总结“空气中氧气含量的测定”的实验模型，拓展思维，为寻找“能够替代汞或红磷的反应物”提供理论依据。

目标2：通过方案设计、实验、改进、验证的探究过程，增强动手实践能力，从定性和定量角度研究物质的组成和变化，体会科学探究是理解科学本质的重要途径。

目标3：采用线上、线下混合式教学，捕捉学情，扩大参与度，实现师生、生生的有效互动。

（二）教学重难点及相应的问题解决措施

重点：“气态混合物成分测定”的模型构建。

难点：反应物的选择、实验干扰的排除。

解决措施：（1）通过“拉瓦锡用汞测定空气中氧气含量的实验”和“实验室用红磷测定空气中氧气含量的实验”，总结“空气中氧气含量的测定”的实验模型，构建探究“气态混合物成分测定”的模型；（2）采用针筒抽气的定量实验，使学生从压强差的角度，理解实验原理；（3）通过实验方案的设计、分析、讨论与评价，使学生能根据定性和定量证据推理出可靠的实验结论；（4）开展多样化的实验探究活动，发展实验操作技能和科学思维；（5）融合多种信息技术助力课堂，实现“教、学、评”一体化教学。

三、设计思想

查阅有关文献，可知当前中学化学教学主要从以下三种改进方式进行“空气中氧气含量的测定”的实验教学：一是从过程与方法维度重构实验教学；二是从实验药品、实验装置、操作方法改进；三是以学习进阶理论指导实验教学。这些改进虽然能很好地落实知识点，但缺乏引领学生从实验模型构建的角度研究物质的成分。

基于上述情况，笔者通过大单元教学设计，对教学内容进行调整：先学习科学出版社、广东教育出版社出版的义务教育教科书《化学》九年级上册第三章第1节中的内容“氧气的化学性质”，再学习该册第二章第1节中的内容“空气中氧气含量的测定”。笔者从学生的最近发展区出发，对课本实验和史实材料进行再处理和加工，通过比较“拉瓦锡用汞测定空气中氧气含量的实验”和“实验室用红磷测定空气中氧气含量的实验”，总结“空气中氧气含量的测定”实验模型（消耗氧气、指示氧气体积），并以“氧气的化学性质”为突破口，寻找更多能够替代红磷的物质，引领学生经历实验探究，发展科学思维，形成“气态混合物成分测定”的一般思路，解决真实情境中的实验问题。

四、教学实践

下面，笔者以“空气中氧气含量的测定”一课为例，具体阐述如何在信息技术支持下依托城乡教育共同体进行初中化学实验教学。

（一）构建教育共同体，启动同步课堂教学

以福州江南水都中学为主课堂，依托录播、转播功能，借助钉钉、微信，同步、同频共享课堂至闽侯大义中学、永泰东洋中学、新疆奇台一中，由当地教师辅助教学，打造“以点带面”的线上、线下混合的教育共同体，启动同步课堂教学。

（二）重组实验内容，构建实验探究模型

通过比较“拉瓦锡用汞测定空气中氧气含量的实验”和“实验室用红磷测定空气中氧气含量的实验”，总结空气中氧气含量测定的实验模型（如图2所示），构建“化隐为显”的实验探究模型，为寻找“能够替代汞或红磷的反应物”提供理论依据。

笔者引领学生经历实验探究，开展多样化的实验探究活动，发展实验操作技能和科学思维，使学生形成“气态混合物成分测定”的一般思路（如图3所示）。

（三）立足实验探究，培育科学思维

笔者让学生独立思考能够替代红磷的反应物，简要设计实验方案。各校学生都能积极思考，并写出了合理的符号表达式。笔者整合各校学生的方案设计（如图4所示，图中内容仅为展示概貌，故未对图中不清晰或书写不规范之处进行处理），并对所有给出方案设计的学生给予肯定和表扬，以增强学生的学习信心。

笔者没有直接给出正确答案，而是引导学生用实验的方法进行验证，并基于实验事实获取正确结论，发展科学思维。

以镁为反应物，大部分学生认为可行。笔者用演示实验进行验证，并通过希沃投屏直播实验“将事先打磨过、绕成螺旋状的镁条，点燃后伸进集气瓶中，温度降低至室温后打开止水夹，烧杯中的水进入瓶中约为三分之一”，让所有学生都能清晰地看见镁条燃烧现象。通过观察实验现象，学生明白镁条燃烧并不能测定空气中氧气的含量。随后，笔者补充说明，镁在空气中燃烧，不仅会消耗氧气，还会和氮气、二氧化碳反应。基于实验事实，笔者引导学生归纳出：反应物只能消耗氧气，而不能消耗其他气体，否则进入瓶中的液体体积就会大于五分之一。

以碳为反应物，笔者采用麻吉星反馈器收集现场学生作答，有93%的学生认为不行，仅有7%的学生认为可行。笔者从“认为不行”的学生中随机挑人说明理由，学生认为：碳完全燃烧生成二氧化碳气体，瓶内虽然氧气被消耗掉了，但同时又生成了二氧化碳气体，因此无法准确测量到底消耗了多少氧气。由此可见，学生基本理解了氧气含量测定模型。为培养学生的创新能力和实际问题解决能力，笔者提示“可以将实验加以改进，来测定空气中的氧气含量”，引导学生在实践中加深对实验原理的理解。学生想到了用澄清石灰水吸收反应产生的二氧化碳气体，这样就能消除新生成气体对实验的干扰。

鉴于实验操作的可行性，笔者最终选择用蜡烛燃烧替代碳燃烧。介绍实验操作步骤后，笔者让学生去开展探究性实验。现场学生以小组为单位，同伴合作共同完成蜡烛燃烧的对比实验（瓶1装有水，瓶2装有等量氢氧化钠溶液）。云端学生用教师事先创编好的NOBOOK虚拟实验，同步进行探究，将实验结果上传云端。笔者通过麻吉星魔法教师App重现实验场景，引导学生分析、解决实验中出现的问题。学生们观察到瓶2进入的水约占五分之一，瓶1只进入少部分，由此得出实验结论：如果将产生的二氧化碳气体吸收，碳燃烧也可以测定空气中氧气的含量。经过师生、生生对话，最终归纳、总结出反应物的选择依据（消耗氧气，产物不占据消耗氧气的体积），并得出实验结论：用可视化的液体或固体指示氧气体积，能测定空气中氧气的含量。

这样，教师就可为不同区域的学生创造动手实验机会，使他们通过小组合作实验与交流讨论，发展实验操作技能，并在真实情境中解决实际问题，实现深度学习，发展核心素养。

（四）融合信息技术，促进深度学习

教师充分发挥组织者、引导者和合作者的作用，云端教师同步组织学生参与课堂，捕捉学情反馈，使主教师能及时调整教学策略，提升学生互动深度，落实教学效果。

麻吉星反馈器能实现精准教学；麻吉星同步课堂、钉钉和微信快速收集云端学生作答和反馈，能实现多校师生对话，扩大学生参与度；麻吉星魔法教师App和希沃投屏直观展示实验过程，能使实验效果最大化；Nb虚拟实验发挥云端实验功能，能为学生创造动手实践的机会，增强实验探究能力。

信息技术可实现异地师生对话，进一步扩大学生的参与度。如为检测远程终端学生的学习效果，笔者采用微信视频连线远在新疆的学生，引导学生利用这节课总结出的“空气中氧气含量测定”的实验模型，分析各类创新装置的原理，学生作答具体如表1所示。

笔者从教学模式的认可度、课堂的参与度、知识的掌握程度等方面，通过问卷星了解四所学校学生对这节课教学效果的反馈，发现：有86%的学生认为这种教学模式对学习有帮助，有70%的学生愿意尝试这种教学模式，有68%的学生认为通过互联网技术实现了教育均衡；有96%的学生课堂参与度高；有80%的学生能较好地掌握学习内容。

在互联网背景下，中学教学对教师的信息技术能力有更高的要求，教师要深度融合信息技术与实验教学，利用现代化的教学技术，从而科学、有效、精准地促进学科教学“教—学—评”一体化。

五、结束语

信息技术支持下依托城乡教育共同体实施教学，可实现优质教育资源的共享，促进教育公平性发展。借助信息技术，我们还能开展更多的对话，如共同体教师之间的听评课、集体备课、教学研讨等，从而促进思维碰撞，提升个体教师的教学研究水平，缩小教育师资力量之间的差异。未来，我们还要进一步探索和创新教学思路，寻找更多能够运行稳定、安装方便的信息技术资源，丰富教育共同体建设的路径，进而更好地推动我国义务教育的均衡化发展。

参考文献：

［1］辜美华.“教育共同体”创建的路径思考［J］.教师，2014（1）：27-28.

［2］王振，张明月，胡志刚.浅谈学习进阶视域下的实验教学：以“空气中氧气含量的测定”为例［J］.化学教学，2018（4）：50-56.