信息技术与初中化学教学深度融合的策略研究

引言:传统化学教学长期受制于“宏观现象解释微观本质”的认知悖论，教师不得不借助“粉笔+挂图”的原始手段阐释分子运动、化学键断裂等抽象概念。随着《教育信息化 2.0 行动计划》的推进，VR 全景实验室、分子动力学模拟软件等新兴技术为破解这一难题提供了可能。本文聚焦信息技术与化学教学的“化学反应”机制，通过构建“技术-教学-学习”三元协同模型，探索如何将虚拟仿真、智能交互等工具转化为化学学科核心素养培育的“催化剂”。

一、虚拟仿真技术：重构微观世界的认知图式

化学学科的核心矛盾在于宏观实验现象与微观粒子运动的时空分离。传统教学中，教师通过语言描述构建“想象中的微观世界”，但这种抽象建构方式导致部分学生在“构成物质的微粒”单元测试中出现概念混淆。虚拟仿真技术通过三维动态建模与沉浸式交互，将原子、分子的运动轨迹可视化，使“看不见的化学”变为“可触摸的认知”。

在《原子的结构》教学中，教师引入“ChemVR”虚拟实验室系统：学生佩戴VR设备后，可“缩小”至纳米尺度观察碳原子核外电子排布。当学生用手柄“抓取”电子时，系统会实时显示电子能量变化曲线，并生成个性化认知报告。课后访谈显示，92% 的学生能准确描述“电子分层排布与元素化学性质的关系”，较传统教学提升 31个百分点。更关键的是，这种具身认知体验激发了学生的探究欲望——3 名学生自发组建“微观世界探索社”，利用开源软件模拟稀有气体放电光谱，相关成果获省级青少年科技创新大赛一等奖。

二、智能交互平台：再造实验教学的实践范式

（一）远程操控实验：突破时空限制的实践革命

危险实验（如浓硫酸脱水性演示）、耗时实验（如铁生锈条件探究）是化学教学的两大痛点。智能交互平台通过物联网技术连接真实实验室与虚拟操作界面，学生可在安全环境中远程控制实验仪器，实时获取温度、压强等数据流，实现“做中学”与“思中悟”的有机统一。

在《燃烧的条件》教学中，教师设计“火灾现场模拟实验”：学生分组操控智能实验台，通过调节氧气浓度、可燃物种类等参数，观察不同情境下的燃烧现象。当第三组学生将氧气浓度提升至 35% 时，系统自动触发安全警报并弹出警示窗口：“实验室氧气浓度超标，请立即开启排风装置！”这种即时反馈机制不仅强化了安全意识，更促使学生在试错中理解“燃烧三要素”的动态平衡关系。课后测试显示，学生对“灭火原理”的理解正确率从 71% 提升至 89% ，且能自主设计“森林火灾预防方案”。

（二）游戏化实验：激发学习动机的认知杠杆

游戏化学习理论指出，当任务设计满足“挑战-技能平衡”时，学习者会进入“心流”状态，实现深度学习。教师将化学实验转化为“闯关游戏”：每个实验步骤对应一个“能量球”，正确操作可收集能量，错误操作则触发“知识补给站”动画。这种设计将实验规范内化为游戏规则，使“遵守操作规程”从外部要求转化为内在需求。

在《粗盐提纯》教学中，教师开发“盐之历险记”游戏：学生需操控虚拟角色完成溶解、过滤、蒸发等操作，每步错误都会导致“盐粒流失”。当第五组学生因未用玻璃棒引流而损失大量盐粒时，系统自动播放“过滤原理 3D 动画”，并生成个性化错题本。经过三轮迭代训练，该组学生的实验操作规范度从 62% 提升至 91% ，且能准确解释“蒸发皿加热需垫石棉网”等衍生问题。更令人欣喜的是，3 名学生将游戏机制迁移至家庭实验，用类似流程提纯白糖，实现了从“做实验”到“用实验”的认知跃迁。

三、大数据分析系统：绘制个性化学习的发展图谱

传统化学教学采用“统一进度、统一难度”的标准化模式，导致“学优生吃不饱、学困生跟不上”的结构性矛盾。大数据分析系统通过采集学生的课堂互动、实验操作、作业完成等全流程数据，构建“化学学习数字画像”，为差异化教学提供精准导航。

学校引入“智慧化学教学平台”后，系统自动记录每位学生的实验操作轨迹：A学生总在“仪器连接”环节耗时过长，B 学生频繁出现“药品用量错误”，C 学生则擅长“现象观察记录”。基于这些数据，笔者设计分层任务包：为A 学生提供“仪器拆装虚拟教练”，为 B 学生开发“药品称量模拟游戏”，为 C 学生布置“实验现象深度分析”拓展任务。三个月后，三类学生的实验成绩分别提升 27% 、 34% 、 19% ，且能主动参与校本课程《化学实验创新设计》的开发。更深远的影响在于，这种数据驱动的教学模式改变了教师的专业发展路径——笔者根据平台生成的“教学行为热力图”，针对性地优化了“实验安全教育”“误差分析指导”等薄弱环节，相关经验在全区化学教师培训中推广。

结束语:当虚拟仿真技术让微观世界触手可及，当智能交互平台使实验操作突破时空，当大数据分析为个性化学习精准导航，化学教学正从“经验科学”迈向“数据科学”。但需警惕技术异化风险：学校曾因过度依赖虚拟实验导致学生真实操作能力下降，教师因盲目追求技术炫技而忽视学科本质。因此，深度融合的关键在于坚守“化学育人”初心——技术应是启迪思维的火种，而非替代思考的拐杖。未来研究可进一步探索“元宇宙+化学教育”的应用场景，让每个学生在虚拟与现实交织的化学世界中，成长为具有科学精神与创新能力的时代新人。

参考文献：

[1]张海仁.初中化学信息化教学资源的有效整合与利用研究[J].中学生博览,2025(13).

[2] 计海策. 信息技术与初中化学教学的深度融合的探究[J]. 传奇故事,2024(2):115-116.

[3]白玉红.信息技术与初中化学教学的融合研究[J].学周刊, 2023(1):76-78.