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内容摘要：如何让学生理解化学反应过程，如何通过有效的教学设计，促进学生学科素养和关键能力的提升，本文通过信息技术2.0和化学可视化教学案例的分析，让学生体会化学的微观世界，真正实现化学素养落地。

关键词：信息技术2.0 科学可视化 核心素养 学科素养

信息技术应用能力是新时代高素质教师的核心素养，教师应用信息技术改进教育教学的意识和能力普遍提高.自教育部下发《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》文件后，安徽省随即启动信息技术2.0项目，在信息技术2.0时代，如何实现信息技术与教育教学深度融合是当今一线教师需要不断探索实践的重要课题。

1问题的提出

化学核心素养是依托化学课堂培养学生核心素养的具体要求，使化学课堂有了一定的目标和方向，为使学科素养真正落地生根，则要求教师在具体教学过程中认真设计教学过程，将学科素养无形的渗透给学生。化学中的基本概念和反应原理比较抽象，如：“宏观辨识和微观探析”这一化学核心素养要求学生走进微观世界去认识物质的空间构型，微观粒子的运动规律，反应机理等，而传统教学模式下学生无法走入物质微观世界去探析，对一些原理的理解停留在表面层次，因此，核心素养的提升与信息技术相结合是教育发展的必然[1]，借助信息技术中的一些科学可视化工具，可以轻松达到预期的教学效果。信息技术不仅转变了教师传统的教学方式，也转变了学生的学习方式，使学生化“被动”为“主动”，从而提高学生的化学实践能力。

2解决的策略

2.1科学可视化APP揭秘化学过程

科学中有很多情况是无法用肉眼观察的，例如：空间尺度极小的原子结构、晶体结构等，借助一些可视化工具，如：火花学院APP中提供各种可视化内容与工具，包括图片、动画、视频、三维模型和交互式微件等，运用模型促进理解，运用图片促进记忆，从而有效帮助学生构建正确的心智模型，提升对晦涩抽象的科学概念的理解。

2.2手持仪器描绘化学世界

“四重表征”是“三重表征”基础上，依据手持技术数字化实验即时收集数 据并生成曲线的特点提出的，其中，曲线表征是学生在概念认知模型中实现“视觉感知”和“比较建构”重要载体[2]。化学实验教学过程中，数字化仪器则可以在教学中辅助教学解决一些传统实验无法解决的问题，如：酸碱中和滴定实验过程中，借助 pH 传感器可以高精度、高速度完成数据连续采集，并绘制成曲线，有利于学生清晰地深入理解，提升了学生的思维。

2.3智慧课堂彰显学生化学“个性”

“精准教学”是由奥格登.林斯利提出的教学方法，是一种通过记录、分析学生的学习行为、学习表现等方面的数据及其变化，从而精准调整教学活动以补救学生 学业技能不足的有效策略[3]。智慧课堂是以“互联网+”的思维方式和大数据，云课堂等技术打造的智能、高效的课堂。化学教学中采用智慧课堂中的交互式教学模式，可以实现教师与教材的交互、教师与学生的交互、学生与教材的交互、学生与学生的交互，让学生真正作为主体参与教学活动，有利于老师发现问题，从而针对性辅导，因材施教，也有利于学生个性的发展，促进潜能开发

2.4思维导图呈现化学进步阶梯

思维导图的出现，使得课程内容、过程和结果有了可视性，不仅可以直观的看到整个课堂内容的最终结果，也使抽象的思维过程变得具体客观。借助思维导图工具在线绘制思维导图，有助于学生形成完整的知识体系，直观看到各概念之间的层级关系，从而帮助学生学会高效地记忆化学知识。

3基于科学可视化的教学案例分析

基于以上的分析，本文以鲁科版《必修二》第二章第 3 节“化学反应的快慢”为例，在化学学科素养引领下，探索信息技术科学可视化与化学教学的深度融合。

3.1教学内容分析

“化学反应的快慢”主题作为化学学科重要的理论性知识，是认识化学反应必不可少的一个维度，此部分知识被分解成必修部分和选修部分，必修部分与旧教材相比，降低了知识要求和难度，更简洁、易懂，更注重理论联系实际，注重培养学生的分析能力、知识迁移能力、科学实验方法和科学素养。使学生了解化学反应速率的概念，了解不同条件对化学反应快慢的影响，初步了解如何调控化学反应的快慢。

3.2课时教学目标

（1）通过生活中的化学反应，宏观感受化学反应有快慢之分。

（2）了解定性认识化学反应快慢的判断依据。

（3）通过学生分析曲线，提升学生的证据推理能力。

（4）理解影响化学快慢的因素，通过实验探究，培养学生设计实验方案、记录实验现象及分析能力。

（5）能从有效碰撞理论模型理解化学反应的快慢，实现了宏观辨识走向微观探析

（6）能对工业生产的快慢进行调控，提升了学生的社会责任感。

3.3教学流程

3.4教学实施

环节一：宏观感受化学反应的快慢

【情境】面包保质期标签

【问题1】面包标签显示夏季和冬季保质期不同，说明什么问题？

【学生】通过面包在夏季和冬季保质期不同，感受化学反应是存在快慢之分

【问题2】你能否列举一些与化学反应快慢相关的例子？

【学生】宏观感受化学反应快慢是相对的

设计意图：

借助多媒体图片创设情境，直观教学，易于理解，使学生感受到 化学与生活的紧密联系，体会到化学学科的实用性和重要性。

环节二：定性认识化学反应的快慢

【问题3】实验室中我们又该如何判断化学反应的快慢呢？

【学生】思考讨论，总结定性判断化学反应快慢的依据：化学反应现象（气泡、沉淀、颜色变化、温度变化等）

【演示实验】演示一组对比实验，通过移动展台进行直播，通过气泡产生的剧烈程度，定性判断化学反应的快慢

【问题4】你们知道刚才两支试管中加的物质是什么吗？由此又可以知道什么？

【问题5】食物放在冰箱保存的原因是什么？煤为什么要加工成蜂窝煤？

【学生】思考讨论、总结归纳化学反应快慢影响因素：浓度、温度、固体接触面积、催化剂等

设计意图：

通过移动展台对教师演示实验进行直播，让学生清晰直观的观察实验现象，通过直播，解决了传统的教师演示实验后排学生不能清晰观察到实验现象的问题，也可以通过直播教师的演示实验，起到示范和指导的作用。

【活动探究】探究外界条件对化学反应快慢的影响（浓度、不同催化剂） 实验仪器和试剂：

Fe 粉、0.1mol/LHCl、3mol/LHCl、H2O2、MnO2、Fe2O3、CuO、试管、药匙

【学生】设计实验方案并记录

设计意图：

对实验方案进行平板拍照上传，提升了反馈效率，通过小组自评、互评、教师评价，实施“教--学--评一体化”，实现日常学习评价促进学生化学学科核心素养的发展，转变学生的学习方式[4]。通过移动展台对实验过程直播并保存视频，可以反复观看，便于对一些异常现象进行进一步分析。

【问题6】CuO 和Fe2O3 对 H2O2 的分解，哪个更快？

【学生】 无法判断

【问题7】对于一些无法定性区分的反应，该如何判断化学反应的快慢呢？

设计意图：

实验过程中，学生发现了一些问题，认识到定性判断有一定局限性，故需要进一步解决问题。通过分析“异常”现象，引发认知冲突，有利于知识的建构，通过实验探究和现象分析，培养学生证据推理的能力，引导学生发现问题，树立严谨求实的科学态度。

环节三：定量认识化学反应的快慢

【演示实验】氧气传感器绘制 H2O2 在 MnO2 做催化剂时，随时间变化氧气体积分数的变化

【学生】分析曲线变化的原因以及意义

【问题8】能不能用一种物理量定量表示化学反应快慢呢？

【学生】引出化学反应速率的定义、表达式、单位

设计意图：

对于一些感官无法明显区分化学反应快慢的反应，可以借助氧气传感器来测定，通过绘制曲线，使学生直观体会到化学反应过程中的快和慢。引导学生分析斜率可以表示化学反应的快慢，从而引出定量表示化学反应快慢的物理量——化学反应速率。学生通过分析图像，自行对化学反应速率进行定义，在教学实践中引导学生形成化学概念。

数字化实验可以解决传统实验不好解决的问题，可以高精度、高速度完成数据连续采集，并绘制成曲线，使学生理解曲线绘制过程，既提升了学生的思维，也使学生感受到化学的科技魅力。

【课堂练习】平板发题、全班作答

设计意图：

智慧课堂发题进行全班作答，通过数据统计的正答率，实现了数据的可视化，有助于发现问题，从而进行针对性讲解，达到精准教学，高效教学。

环节四：微观探析化学反应的快慢

【问题9】为什么面包在夏季变质就快一些呢？化学反应快慢的微观实质又是怎样的呢？

【动画演示】

火花学院 Flash 动画演示有效碰撞，让学生直观的理解有效碰撞和无效碰撞， 分析有效碰撞的条件

设计意图：

借助科学可视化工具，使学生从宏观走向微观，运用微观模型促进理解，通过 Flash 动画演示有效碰撞，让学生直观的理解有效碰撞和无效碰撞， 通过操控分子，调整分子的方向碰撞，化抽象为具体，培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。通过屏幕共享在手机上进行方便快捷的演示，可以实现手机资源的在线分享，提高课堂效率

环节六：学以致用、解决实际

【课后思考】假如你是合成氨工厂的技术员，你会如何提高合成氨速率？

设计意图：

学以致用，解决实际，逐步提高学生解决问题的能力，培养学生的科学态度与社会责任感。

3.5教学效果及建议

1、采用问题驱动式教学方式，引导学生“体验”“探究”“归纳”。通过对照实验发现定性判断的局限性，以实验事实为依据，基于学生已有的认知水平发现问题并尝试解决问题，这一过程中渗透证据推理的学科核心素养。

2、手持技术实现了实验过程的可视化和实时化，数据采集和处理智能化，实验结果定量化，可以解决传统实验结果误差大、效果不明显、数据收集和处理难度大的缺点，也让教学过程“现代化”。

3、思维导图能够体现一个人的思维习惯，不同学生设计的思维导图也具有很强的个性化特征。思维导图的建立有利于学生对思考的问题进行全方位和系统的描述与分析，有助于提升学生的学习能力，使学生真正实现终身化学习和学会学习的目标。

4、为了提高教学效率，建议在课前提供相关微课，既可以促进学生自主学习； 又可以适当增大课堂容量。也可以在课前通过问卷调查，了解学生对化学反应快慢的宏观认识。问卷星可以对学生的学习现状以及学习需求进行调查，掌握学情， 使得教学有的放矢。

4结语

信息 2.0 时代的到来，对传统化学课堂教学带来极大的挑战，同时也给我们带来很多机遇与挑战。教学过程中，走出“唯技术至上”的误区，不能为了使用技术而忽略了化学课堂的本质，忽视了人在教学中的主体性作用[5]，信息技术的使用只有达到优化课堂效果，提高教学效率，培养学生的核心素养，强化师生信息化素养的目的，才能真正意义上实现信息技术与教育教学的有效融合。

参考文献 ：

[1]王文君 姜大雨. 科技视野 2022，第4期 ：83-85

[2]陈秋伶 钱扬义 麦裕华 全华生 唐文秀. 化学教育 2020，41（1）：67-73

[3]杨志亮. 中学化学教学参考 2021，第8期：10-12

[4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[5]赵妍 任红艳.化学教育 2017，38（23）：43-46