融合Yenka虚拟实验与腾讯课堂的教学实践*——以“电解原理”为例

徐志锴

摘要：疫情期间，选择合适的教学平台和开展线上实验教学是师生共同关注的问题。以“电解原理”为例，将Yenka虚拟实验和腾讯课堂贯穿课前准备、课中教学、课后提升与评价的线上教学中，探讨如何最大程度地发挥Yenka虚拟实验与腾讯课堂两个平台各自的优势，从而提高线上教学的学习效率。

关键词：Yenka;腾讯课堂;电解原理;线上教学

文章编号：1008-0546（2022）07-0043-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.011

一、问题提出

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（简称“新课标”）指出：“鼓励教师运用信息技术提高课堂教学效率和质量，强化信息技术与化学教学的深度融合，促进教师教学方式和学生学习方式的改变;为教师提供交互式多媒体教学设备、常用办公软件、多媒体制作软件和即时通信软件等工具，关注移动智能网络终端、大数据分析技术和虚拟现实技术为代表的个性化学习与评价系统的发展，并适时引入到化学教学中。”[1]

2020年和2021年受新冠肺炎疫情影响，为保证疫情防控期间教学进度和教学质量，实现“停课不停教、停课不停学”，广州市各区各学校积极开展线上教学活动。师生身处异地，从传统课堂到线上教学，教师需要打破空间地域的束缚，在有限的授课时间内快速抓住学生好奇心，吸引学生注意力和学习兴趣，提高课堂教学的有效性。因此，如何选择合适教学平台进行线上教学、如何在有限时间内提高学生课堂参与度、如何做好从线下到线上的实验探究转换、如何融合信息化技术到线上教学中、如何整合相关资源实现课堂高效率，这些都是线上教学中亟待解决的问题。

基于上述思考，以拓展信息技术应用场景和提升线上教学效果为目标，本文以“电解原理”为例，将Yenka虚拟实验[2]和腾讯课堂贯穿课前准备、课中教学、课后提升与评价的线上教学中，探讨Yenka虚拟实验与腾讯课堂两者结合的方式，以求为教育信息化和线上教学等相关课程提供借鉴和参考。

二、“双平台四要素四维度”线上化学教学模式

受疫情影响，广大一线教师在信息技术支持下，进行很多的线上教学新尝试。焦琳娟探讨了线上教学和线下教学混融共存的教学策略及混融式教学办法[3]。朱妍以 ZOOM 和钉钉两大平台为依托开展国际课程高中化学教学实践[4]。这些案例主要集中在如何最大程度地发挥线上教学平台的优势，然而化学是以实验为基础的学科，这些研究中往往缺少结合实验平台构建线上教学模式。为了充分发挥线上教学平台优势，同时弥补因线上教学对实验教学的影响，自疫情发生以来，笔者在实践中逐渐建构出“双平台四要素四维度”的线上化学教学模式，如图1。

其中“双平台”指的是Yenka虚拟实验平台和腾讯课堂;双教学平台应同时具有“四要素”特点，即平台操作简单（简单性）、能实现师生间交流互动（互动性）、尽可能还原教学课堂和实验场景（仿真性）和学生能在空余时间自主操作（自主性）。“四维度”是指学生在双平台进行线上学习能逐渐提升自身的认知深度，实现“经验化认知—规律化认知—结构化认知—应用化认知”，教师通过课前准备研究和了解学生已有的经验化认知水平，在此基础上在课中设计螺旋式发展的教学安排，让学生实现新旧知识转化与融合，从浅层次的经验化认知到深层次的规律化认知和结构化认知。课后，学生结合生活应用场景，学以致用，最终达到应用化认知水平。

三、设计思路

1.教学内容与学情分析

电解原理是人教版选修四《化学反应原理》内容，新课标明确指出，本节内容的学业要求是能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。该原理是高中化学教学的重点和难点内容，也是历年高考命题的热门内容[5]。在传统教学中，教师利用多种实验素材发展学生对电解原理的认识，帮助学生从能量角度理解电解原理及应用，最终提升学生对电化学过程的系统认识。此前学生已经掌握电解质溶液导电、氧化还原理论、原电池的相关知识，同时初步接触电解水装置，但该电解装置是如何工作的、如何从“宏观—微观—符号”三个不同角度认识电解池还不清楚，也没有形成分析电解池的一般思维模型，无法解决真实情境下的问题。

师生时空分离，教与学的行為不能同步是线上教学与课堂教学最本质的差异，也是师生间实现互动的最大挑战。与线下教学相比，线上教学无论是教学环境和教学方式，还是师生关系和信息技术都发生了很大改变，导致线上教学涌现了很多教学难题：如何掌握课前学生在线情况？如何加强课中师生间的互动？如何反馈课中的教学效果？如何巩固课后学习成果？等等。另外，在传统教学中，电解实验不仅受到场地、药品和仪器等因素制约，还常常因实验过程中可能产生有毒气体、现象不明显、难以进行定量实验等带来诸多不便，在疫情期间开展电解实验更是难上加难。

2.教学设计

Yenka虚拟实验包括多个分支的化学实验，如 Classifying Material（物质分类）、Reactions and Rate（反应速率）、Electrochemistry and Redox Reactions（电化学与氧化还原反应）等，其中电化学部分包括15个原电池与电解池的相关实验。学生可以在课前、课中或者是课后，学校或者是家里，随时随地进行实验，突破了时空限制;还可以自主地选择实验药品，自主控制实验步骤，从而增强学习兴趣，使学习变“被动”为“主动”。因此，为了充分发挥Yenka虚拟实验和腾讯课堂两者各自优势，提高线上教学的效率，本文设计两者融合的一般教学流程，如图2。

四、教学实施

1.课前准备

教师提前一周，通过班级微信群发布Yenka虚拟实验和腾讯课堂下载地址、安装方法、注册方法和软件操作说明，留出充裕的时间，让学生自主摸索两个软件的主要功能。由于Yenka软件操作界面为英文界面，针对这一情况，发布“中学化学专业名词中英文对照表”。使用中英文对照表既能激发学生兴趣和开阔知识面，又能缩短学生的学习时间，避免学生看不懂专业英语词汇的尴尬。而在每节课上课前，通过腾讯课堂的签到功能，实时了解学生在线情况;经过教学实践，每节课课前5 min签到可达93%以上。

2.课中教学

结合新课标要求、学生思维障碍和线上教学开展实验探究的困难，在课堂教学中精心设计“旧知新解，初探原理—变换溶液，拓展原理—情境问题，巧用原理”三个教学环节，其中学科素养层面包括知识主线、问题主线和活动主线，信息技术层面则包括Yenka虚拟支持和腾讯课堂支持，课中教学从两个层面、五个维度展开，其设计思路和教学环节，见图3。

Yenka虚拟实验具有高仿真性和开放性，恰好弥补线上教学因实验场地、实验耗材和实验安全上的不足。从实验内容来看，有电解纯净水到电解 CuCl2溶液再到电解NaCl溶液;从实验难度来看，三组实验从简单到复杂;从实验要求来看，三组实验从定性到定量。腾讯课堂技术关键是讨论区，学生将思考过程、课堂疑惑等通过文字、图片等形式发送到讨论区，而教师则通过讨论区留言了解学生的认知水平，并及时调整教学进度和难度。

（1）教学片段1：旧知新解，初探原理

【教师活动】提出驱动性问题：电解纯净水，能否得到 H2和 O2？分析溶液中微粒的移动方向和两个电极可能发生的反应，理解电解水产生H2和O2的过程。

【学生活动】分析纯净水中的阴阳离子移动方向，并在讨论区留言。

【Yenka支持】介绍Yenka虚拟实验基本功能，并演示电解纯净水，如图4。

【学生活动】分析电流表读数为0.00的原因，并在讨论区留言。

【腾讯课堂支持】使用签到功能实现学生线上学习的签到;使用PPT分享和画笔功能实现课件的展示和板书的书写;使用讨论区留言实现师生间线上教学的互动;使用屏幕分享功能实现教师电脑桌面的分享，方便展示Yenka软件。

（2）教学片段2：变换溶液，拓展原理

【教师活动】提出驱动性问题：往纯净水中加入 CuCl2溶液，以石墨为电极材料进行电解能否得到 H2和 O2？鼓励学生用Yenka虚拟实验模拟该过程，建立反应时间与阴极质量变化关系图，并比较电解不同浓度CuCl2溶液时阴极质量变化速率。

【学生活动】通过Yenka虚拟实验搭建电解 CuCl2溶液装置，思考并分析：溶液中存在哪些阴阳离子？在电场作用下阴阳离子如何移动？是否都发生了反应？是否存在反应先后顺序？举手连麦回答上述问题。

【学生活动】书写其电极式和总反应式，并在讨论区留言。

【Yenka支持】搭建电解CuCl2溶液装置、建立反應时间与阴极质量的坐标图和比较电解不同浓度CuCl2溶液下阴极质量变化速率，如图5。

【腾讯课堂支持】使用画中画功能，同时打开摄像头可实现课件与摄像头两个画面。使用举手连麦功能实现学生即时与教师线上语音交流。

（3）教学片段3：情境问题，巧用原理

【教师活动】提出驱动性问题：2020年初受新冠肺炎疫情的影响，各类防疫物资成为稀缺资源，其中84消毒液更是一瓶难求。通过Yenka虚拟实验设计一个电解产生氯气的装置，验证电极所得产物。该装置能否直接生产NaClO溶液？有何缺陷？应如何改进？

【学生活动】在Yenka虚拟实验中搭建电解产生氯气装置，思考并验证电极产物。

【Yenka支持】通过“edit”功能自定义添加试剂，验证电极产物，如图6。

【学生活动】分析图6装置制备NaClO溶液的可行性，并绘制改进后装置，如图7。

【学生活动】往纯净水中加入何种电解质溶液，电解过程中才能得到 H2 和 O2？（A.AgNO3 B.Na2SO4 C. NaBr D.MgCl2）思考并在答题卡中作答。

【腾讯课堂支持】自定义图片功能可以让学生上传一些自定义图片，如设计图等;答题卡功能可以让学生在限定时间内对选择题作答。

四、课后提升与评价

1.课后提升

为了帮助学生提升学习效果，腾讯课堂设有回播功能，学生可在课后根据自己的实际情况选择性回播教学过程视频。在课后，腾讯课堂提供一对一的线上答疑场所，可对学生进行个别辅导。在Yenka虚拟实验方面，则鼓励学生去探索更多的应用场景[6] ，如化学反应速率、酸碱中和滴定和其他电化学应用，一方面有利于信息技术在化学教学中的应用，另一方面拓展该软件其他的化学教学应用场景。

2.课后评价

线上教学采用过程性评价与目标性评价相结合的多元评价模式，既重视与尊重学生在学习过程中的付出，又强调学生的学习结果。过程性评价与目标性评价的成绩比例分别设为60%和40%，其中过程性评价包括签到（5%）、Yenka虚拟实验使用（20%）、讨论区讨论（10%）、举手连麦（10%）、答题卡答题（10%）、回播教学视频（5%）。目标性评价则分为线上阶段性测试（25%）和课堂作业（15%），如绘制电解原理思维导图。多元评价模式不再是传统考试的一考定终身，而是综合性、立体性考查学生能力，有效调动学生的积极性，使学生主动参与学习，提高学习效率，形成良好的教学循环。

五、教学反思

Yenka虚拟实验不受场地、实验条件等制约，学生能够根据自己的时间安排，自主地完成各种虚拟实验，增强实验完成的自主性和开放性。更重要的是，电解实验容易产生污染性气体，如氯气，而Yenka不需要学生接触实验药品和仪器等，提升了实验安全性。在课中，大家纷纷截图自己 DIY 的实验“成果”。课后有不少同学通过微信咨询如何操作其他虚拟实验，可以看出学生对新鲜事物有着强烈好奇心。遗憾的是，该软件是全英文操作，虽然操作简单，但要求学生具有较高的外语水平。

在线上教学初期，笔者使用过云视讯、腾讯会议等第三方平台，但这些平台中签到和讨论区功能均不能达到令人满意的效果。腾讯课堂签到功能能够准确反馈学生进入课堂、离开课堂的时间及听课总时间，能够有效减少“不签到、假签到”现象。讨论区的使用大大增加了学生发言的机会，以40 min课堂为单位，有效留言少则100条，多则200条;通过讨论区、举手连麦、自定义传图等展示思维过程，这些都能有效抑制“不配合、假配合”的发生。另外学生会送花、发自定义表情等，这些都让线上课堂充满了生机。通过回放功能，学生还能二次学习，大大提升学习效果。对于个别学困生，还能开展一对一腾讯课堂，弥补课堂教学课后辅导的不足。腾讯课堂美中不足的是答题卡中只能统计整体答题率，不能反馈每个同学的作答情况。

参考文献

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

[2] 盘俊春.互动虚拟仿真实验的优秀工具：YenKa[J]. 中国信息技术教育，2013（5）：74-76.

[3] 焦琳娟，郭会时，黄冬兰，丘秀珍.构建线上线下混融的高效分析化学课堂——以沉淀滴定法为例[J]. 化学教育（中英文），2021，42（10）：23-28.

[4] 朱妍.结合ZOOM和钉钉平台推进线上教学的实践——以国际课程高中化学为例[J].化学教学，2020（11）：52-56.

[5] 廖伟梁.指向“证据推理与模型认知”的教学研究——以“电解池电极反应的书写”复习课为例[J]. 化学教与学，2019（6）：47-50.

[6] 曹晶伟，沈甸.化学软件 Crocodile Chemistry 在“化学反应速率”实验教学中的应用[J]. 化学教学，2012（11）：20-22，26.