应用化学新方案电子版 赵引涛化学互动实验视频的设计与应用

小编 2025-05-01 论坛 23 0

赵引涛化学互动实验视频的设计与应用

化学互动实验视频的设计与应用——以“氯气的实验室制法”为例

文/赵引涛, 马琳, 程安然, 胡肖肖, 徐天梅

摘要:在“氯气的实验室制法”教材内容分析的基础上,利用哔哩哔哩视频平台开发互动实验视频,并在高中化学课堂教学中进行实践应用研究。数据分析结果显示,互动实验视频能够提高学生的学习兴趣和学习成绩,具有推广普及的价值。

关键词:高中化学实验教学互动视频氯气的实验室制法

1 问题的提出

化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法,是科学探究的一种重要途径[1]。《普通高中化学课程标准(2017年版)》中明确指出:要求学生能从问题和假设出发,依据探究目的,设计探究方案,运用化学实验、调查等方法进行实验探究[2]。然而在实际教学中,由于课时紧张、实验条件与资源不足[3]、实验教学评价方式单一[4]等,导致实验教学通常采用口述或播放视频的方式进行,课堂活动缺乏互动性,学生在实验过程中缺乏探究性与试错性,不利于学生批判思维的培养。化学实验教学中存在的种种问题,引发研究人员的关注,有多位研究者对实验教学提出改进,例如引进VR技术开发高中化学实验[5]、将微课应用于高中化学实验教学[6]或者在高中化学实验中应用NOBOOK虚拟实验室[7],这些方法在一定程度上丰富了实验教学的方式,取得了一些实践进展,但依旧未能改变实验教学以教师为主体的局面,未能提升实验教学的互动性,这就要求我们继续探索设计新的实验教学方式。

互动视频又被称为交互式短片,是一种制作者通过视频平台制作而成的,观看者通过点击播放器页面中的互动选项接入剧中情境,参与、决策剧情走向的新型视频[8]。互动视频可以让观看者以第一视角参与剧情走向,增强观看者的参与感、沉浸感,且具有良好的互动性,这为化学实验教学视频的制作与使用提供了新思路。

互动视频作为一种新兴的视频形式,国内已有平台为其提供技术支持,哔哩哔哩(以下简称B站)就是其中之一。近几年,B站凭借其二次创作与弹幕文化的优势迅速成为最受年轻人喜爱的视频平台之一。《QuestMobile中国移动互联网2021半年大报告》显示,截至2021年6月,B站月活跃用户约15 396万,处于在线视频行业前5名,其新增用户中00后占34.3%。由于大量年轻人的进入,B站也成为了名副其实的“新型社交型学习平台”,并以其为代表掀起了一股视频学习的热潮。2019年4月,央视报道《知道吗?这届年轻人爱在B站上搞学习》称,2018年共有1 827万人次在B站学习,相当于2018年高考人数的2倍[9]。

一方面B站在年轻人中的影响力巨大,另一方面国内只有B站免费允许用户自主制作、上传和发表互动视频。因此,本文以B站为基础,设计制作用于教学的高中化学互动实验视频,让学生通过看、听、互动等3种方式参与到实验中,满足学生沉浸式、碎片化学习需求的同时,加深学生对所学知识的理解与记忆,凸显高中化学实验的操作性以及实验教学的互动性,培养学生的信息素养,促进信息技术与化学教育教学的深度融合。

新能源技术中的创新应用——化学工程

化学工程在新能源技术中的创新应用主要体现在以下几个方面:

一、太阳能技术

太阳能电池的制造与改进

材料合成与改性:化学工程在太阳能电池的制造过程中,通过合成和改性新型光电材料,如有机半导体材料和钙钛矿材料,提高了太阳能电池的光电转换效率和稳定性。研究人员通过调整有机分子的化学结构和分子间相互作用,以及控制钙钛矿晶体的形貌和尺寸,实现了光电性能的优化。

界面工程技术:化学工程还通过界面工程技术,调控光伏材料之间的界面结构和性质,进一步提高光电转换效率。例如,在钙钛矿太阳能电池中,引入合适的界面材料以调控能带结构和电子传输性能。

二、生物质能源技术

生物质预处理与转化

预处理技术:化学工程通过生物质热解、气化、液化等预处理技术,改变生物质的化学结构,提高其能源利用效率。 这些技术包括生物质热解产生固体炭和生物质液体产品,生物质气化产生合成气体,以及生物质液化转化为液体燃料。

生物质转化技术:化学工程还应用于生物质发酵、糖酸酯化和聚能酶催化等转化技术,将生物质中的有机物质转化成化学品和能源产品。例如,通过微生物发酵将生物质中的糖类转化成乙醇,或通过化学反应将糖类转化成聚能酯用于生产生物柴油。

三、氢能源技术

氢气制备与储存

制备技术:化学工程在氢气的制备方面发挥了重要作用,通过开发高效、低成本的制氢技术,如电解水制氢、生物质制氢等,提高了氢气的产量和纯度。

储存技术:针对氢气储存的难题,化学工程还致力于研究新的储存材料和储存方式,如固态储氢材料、液态储氢技术等,以提高氢气的储存密度和安全性。

四、燃料电池技术

催化剂与电解质材料

催化剂研究:化学工程在燃料电池催化剂的研究中取得了显著进展,通过开发新型催化剂如非贵金属催化剂,降低了燃料电池的成本并提高了其性能。

电解质材料:对于燃料电池的电解质材料,化学工程通过改变聚合物的结构和合成方法,提高了其导电性和耐久性,从而提升了燃料电池的效能和寿命。

五、综合应用与创新

光电-燃料电池系统:化学工程还推动了光电-燃料电池系统的研发,该系统将太阳能转化为电能和氢气并储存起来,实现了太阳能的可持续利用。这种整合技术为可持续能源的实现提供了更多选择。

综上所述,化学工程在新能源技术中的创新应用涵盖了太阳能电池、生物质能源、氢能源和燃料电池等多个领域。通过材料合成与改性、界面工程、生物质预处理与转化、氢气制备与储存以及燃料电池催化剂与电解质材料的研究与开发,化学工程为新能源技术的发展提供了强有力的支撑。

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