“智能教室”支持下的化學課堂教學
——以“電解池（第一課時）”為例

張 培

（江蘇省錫山高級中學 江蘇無錫 214174）

“智能教室”支持下的化學課堂教學
——以“電解池（第一課時）”為例

張 培

（江蘇省錫山高級中學 江蘇無錫 214174）

智能教室是隨著教育信息化發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的教室形態(tài)，給教學內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式、教師的教學方式、師生互動方式帶來一場變革。文章介紹了智能教室的相關概念、基本構(gòu)造和功能，并以電解池教學為例，探索如何在智能教室中開展化學教學。

智能教室；電解池；教育信息化；課堂教學

隨著教育信息化的發(fā)展，信息技術對教育教學的影響日益深遠，促進信息技術更好地融合課堂教學已成為當下教育信息化發(fā)展的時代訴求。傳統(tǒng)意義上的多媒體教室在交互性、開放性、即時性等方面已不再滿足教育信息化的發(fā)展需求，而“智能教室”的出現(xiàn)為當下的信息技術與課堂教學的深度整合提供了可能的解決方案。

一、智能教室

1.“智能教室”的界定

智能教室（Intelligent Classroom）也稱為“智慧教室（Smart Classroom）”、“未來教室（Future Class?room）”。智能教室還是一個發(fā)展中的概念，尚未形成統(tǒng)一的界定。以下為幾種具有代表性的說法：臺灣的賴阿福認為智能教室可定義為一個高度信息化、互動性強、整合性佳的教學與學習環(huán)境，適合進行信息融入教學、數(shù)字學習，教師可運用多元教學策略于講授、評量、診斷、互動、討論、探究等教學過程中，除了能強化教學效能及學習成效外，亦能提升學習者的關鍵能力（包含問題解決、創(chuàng)意思考、批判思考、溝通表達、信息應用等能力）［1］；陳衛(wèi)東等認為智能教室是一個能夠方便對教室所裝備的視聽、計算機、投影、交互白板等聲、光、電設備進行控制和操作，有利于師生無縫地接入資源及從事教與學活動，并能適應包括遠程教學在內(nèi)的多種學習方式，以自然的人機交互為特征的，依靠智能空間技術實現(xiàn)的增強型教室［2］；胡衛(wèi)星等認為智能教室是新科學技術發(fā)展并應用于學校課堂教育的產(chǎn)物，它是一種以泛在網(wǎng)絡環(huán)境等先進科技為基礎，以合適的數(shù)字化課程和資源為前提，以互動為核心，實現(xiàn)教與學過程最優(yōu)化的新學習環(huán)境與空間［3］。分析相關文獻，不難發(fā)現(xiàn)各專家學者對智能教室的界定主要包含以下三個方面：（1）硬件方面：基于物聯(lián)網(wǎng)技術，無縫連接計算機、交互性白板、電子書包、個人智能終端、實物投影、攝像頭等設備；（2）功能方面：輕松實現(xiàn)內(nèi)容呈現(xiàn)、多屏互動、即時反饋、課堂錄播、遠程教學等教學功能；（3）課堂教學方面：具有靈活性、智能性、開放性、交互性等特點。

2.案例中“智能教室”的構(gòu)造和功能

下面就教學案例中使用的智能教室的基本構(gòu)造及相關功能作以簡要說明：

圖1 智能教室基本構(gòu)造示意圖

①交互式電子白板：將電子白板、計算機、短焦投影等多媒體設備高度集成，能夠與教室內(nèi)其他大屏幕或?qū)W生終端進行交互

②觸控一體機：與屏幕①同步，或作為獨立的計算機

③觸控一體機：與屏幕①或②同步，或作為獨立的計算機

④短焦電子白板：與屏幕①同步或作為白板

⑤智能教室終端：控制各教學設備，實現(xiàn)教室高密度wifi覆蓋，內(nèi)置高拍儀、音響等系統(tǒng)

⑥多功能講臺

⑦充電柜：支持60部學生終端（7.9寸平板）充電

⑧活動桌椅

⑨攝像頭：課堂錄播

⑩無塵黑板

二、“智能教室”支持下的電解池教學

1.“電解池（第一課時）”教學過程

本節(jié)內(nèi)容選自蘇教版選修4《化學反應原理》專題1第二單元中“電解池的工作原理及應用（第一課時）”。電解原理屬于電化學知識，是中學化學基本理論的重要組成部分，與氧化還原反應、物質(zhì)和能量變化等知識密切相關，它是電化學基礎，也是原電池知識的延續(xù)，更是研究其應用的基礎。在此之前學生已經(jīng)學習過氧化還原反應、離子反應、原電池等相關知識，對物理中電學知識有一定的基礎，同時形象思維能力已充分發(fā)展，抽象思維能力也在迅速發(fā)展中，具有一定的實驗探究和分析推理能力。根據(jù)教學內(nèi)容和學情分析，結(jié)合“智能教室”的特點和功能，設計并實施教學過程如下：

圖2 智能教室支持下的電解池教學過程示意圖

2.智能教室系統(tǒng)在教學中的應用

智能教室作為一種新型的教室形態(tài)，在優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)、提高課堂參與程度、增強課堂深度交互、實驗現(xiàn)象高清展示、即時反饋教學效果等方面具有顯著的優(yōu)勢。

（1）優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)

心理學家阿倫·佩維奧提出的“雙重編碼理論”認為大腦中存在兩個功能獨立卻又相互聯(lián)系的認知系統(tǒng)：來自語言經(jīng)驗的語言系統(tǒng)和非語言系統(tǒng)。語言系統(tǒng)處理語言信息，并以字符為基本單位編碼存儲在文字記憶區(qū)；非語言系統(tǒng)則是處理非語言信息，編碼是以心象作為其基本單位存儲在圖像記憶區(qū)，也在對應的語言記憶區(qū)留下一個文字對照版本。視覺形式和語言形式一起呈現(xiàn)信息有助于增強記憶及識別［4］。

普通教室配備的投影儀是一個單屏環(huán)境，因空間所限難以將視覺信息和語言信息同時呈現(xiàn)，即便以黑板配合呈現(xiàn)語言信息（如板書或板演），又會出現(xiàn)需要頻繁開關燈或者拉窗簾的情況。相較于普通教室，智能教室則是一個多屏環(huán)境，能夠優(yōu)化教學資源的呈現(xiàn)形式，以圖文并茂、意義關聯(lián)形成呈現(xiàn)的教學內(nèi)容，以此刺激兩個認知系統(tǒng)，使學生在相互關聯(lián)的信息中積極構(gòu)建新知識的意義，降低純語言帶來的認知負荷，以促進學生高效學習。

本案例中的智能教室一共有6塊顯示屏，分布于教室前方和左右兩側(cè)。圖1中的①號為主顯示屏，在教學中主要呈現(xiàn)圖片、網(wǎng)絡資料、實驗視頻、習題等教學內(nèi)容，并在教學中與學生平板發(fā)生交互；②號顯示屏配合顯示相關的文字信息；兩側(cè)的四塊顯示屏分別同步①、②上的內(nèi)容，這樣每位學生都不需要頻繁轉(zhuǎn)動身子即可獲得信息。

此外，智能教室中使用的交互式白板或者觸控一體機亮度較普通教室中使用的幕布高，使用中無需營造“暗室”環(huán)境。短焦投影儀的使用既可以避免投影機光線對教師眼睛的直射，同時也避免教師的影子被投射在屏幕上遮擋畫面。

（2）提高課堂參與程度

我們所處的是一個信息爆炸的時代，網(wǎng)絡上有著豐富的教育資源，但是在普通教室里，只有教師的電腦可以連接互聯(lián)網(wǎng)，教師將課前或課上搜索到的資源展示給學生，學生被動接受。而在智能教室里，學生獲得信息的途徑更為廣泛也更為便捷，通過手中的平板鏈接網(wǎng)絡就可以獲得所需的資料，從被動接受轉(zhuǎn)為主動參與。

在引入階段，筆者提出問題，由學生通過平板上網(wǎng)搜索以獲取信息，并將搜索到的網(wǎng)頁信息以截圖的形式上傳到教學主機，而后全班共享信息并進行分析。比之以往直接將化學史料呈現(xiàn)在PPT上，這種學生主動參與其中的方式，使得其注意力更快地集中到學習任務上來，并且學習興致也更為高漲。

（3）增強課堂深度交互

互動是課堂教學的重要組成部分，也是有效課堂教學的體現(xiàn)形式之一。在智能教室里，課堂中的“教”與“學”更多地體現(xiàn)為一種互動過程，這種互動包括教學者與學習者之間的互動，學習者與學習者之間的互動，教學者、學習者與教學資源、學習資源之間的互動，課堂教學主體與課堂設備之間的人機互動，現(xiàn)實課堂與虛擬課堂中的人、資源與設備的互動等［5］。

而這樣的交互，操作上也非常的簡便：教師可以選取屏幕上的文字或圖片作為問題發(fā)送給學生，學生接收后作答并提交即可。對于判斷題或選擇題，學生直接點選后提交，系統(tǒng)會顯示提交人數(shù)并給出簡要統(tǒng)計分析，教師可以及時獲知作答情況，并以此為基礎進行點評或調(diào)整教學。對于主觀題，學生可以采用直接在平板上書寫或在紙上寫完答案后拍照兩種形式進行上傳，教師既能夠以縮略圖的形式瀏覽學生答案，又可以點選放大后進行點評。

本節(jié)課中利用智能教室系統(tǒng)實現(xiàn)的交互行為主要有以下三種形式：

①個別展示

在教學環(huán)節(jié)二中，要求學生對通電前后熔融NaCl中微粒的運動情況進行分析。筆者指定一名學生進行作答，并通過“學生示范”功能，將其平板上的內(nèi)容同步顯示在大屏幕上。學生一邊口中敘述一邊在平板上的示意圖上畫出電流方向、離子運動方向，將其思維過程清晰地展現(xiàn)出來。

②全班作答

除了前面提到的引入環(huán)節(jié)搜索鈉的發(fā)現(xiàn)史是每位同學都參與作答以外，在三個電解池（電解熔融NaCl、惰性電極電解CuCl2溶液、活性電極電解CuCl2溶液）的電極方程式和總反應方程式的書寫都采用全班作答的形式。相比于普通課堂只能了解到部分學生的掌握情況，智能教室可以采用人人答題、即時提交的方式，不僅能促使全體學生積極參與學習活動，提高學生注意力，還能保證每位學生都有平等的答題機會，且答題過程不受他人干擾。

③小組提交

在環(huán)節(jié)四中，小組討論書寫電極反應式及總反應式的一般步驟和注意事項，匯總成統(tǒng)一意見后以小組為單位提交，全班交流并進行補充。因提交的是文本形式，比之普通課堂上常采用的口頭匯報方式更為清晰明了。

（4）實驗現(xiàn)象高清展示

電解CuCl2溶液是電解原理教學中比較重要的實驗。如果作為演示實驗，大部分同學只能觀察到淀粉-KI試紙變藍，只有少數(shù)前排同學能觀察到陽極上產(chǎn)生的氣泡和陰極上附著的紅色固體；若作為學生實驗，雖然便于清晰地觀察到實驗現(xiàn)象，但因電解裝置較為復雜實驗準備工作繁瑣，并且在實驗過程中產(chǎn)生較多對人體有害的氯氣。

為了讓所有同學都能觀察到完整的實驗現(xiàn)象而又不產(chǎn)生大量有毒的氯氣，筆者嘗試使用高拍儀的實物投影功能，但其攝像頭固定在上方，無法從側(cè)面捕捉到氣泡產(chǎn)生和固體析出的畫面，而且圖像遲滯并伴有拖影。不過也因此受到啟發(fā)，采用iPad對實驗過程進行拍攝，并用airplayer功能（蘋果錄屏大師）將實時畫面同步投影到屏幕上。與高拍儀相比，使用iPad可以自由調(diào)節(jié)距離和角度，畫面清晰無遲滯，并且可以根據(jù)教學需要對錄像文件進行重播、畫面提取等操作。

本節(jié)課的兩個演示實驗都是采用這樣的投屏方式，配合六塊大顯示屏，使得每位學生都能清楚地觀察到實驗現(xiàn)象，尤其是演示實驗2。當筆者將實驗1中直流電源的正負極對調(diào)，并讓學生猜想實驗現(xiàn)象時，學生大多認為現(xiàn)象與實驗1一樣，但當電解開始之后，學生卻并未從陽極（即原實驗1中作陰極的碳棒，此時表面附著了一層金屬銅）上觀察到氣泡，反而是觀察到附著的銅溶解減少了。當筆者再次播放實驗1的錄像時，不少同學發(fā)現(xiàn)了兩次實驗的不同：實驗2的陽極上附著了金屬銅，由此展開了活性電極作陽極時電極反應的討論。

（5）即時反饋教學效果

在課堂的最后一個環(huán)節(jié)，將課前使用智能教室教學系統(tǒng)編制的課堂練習發(fā)送到學生平板，并設定答題時間，學生在規(guī)定的時間完成后，系統(tǒng)會根據(jù)設定好的答案，自動給出客觀題的正確率，即時反饋教學效果。即時反饋利于教師及時了解學生的學習情況，幫助教師及時調(diào)整教學方法、教學內(nèi)容和教學進度，對某些學生存在的問題也能及時給予幫助；同時，學生通過即時反饋，也能了解自身的掌握情況，維系課堂的專注程度。

此外，智能教室還有許多其他的非常實用的功能。例如，白板功能、屏幕廣播、課堂實錄、數(shù)據(jù)采集等等，就不再一一贅述。

三、智能教室教學實踐的思考與反思

本節(jié)課是對智能教室支持下進行化學課堂教學的一種嘗試。與傳統(tǒng)多媒體教室相比，智能教室在教學內(nèi)容的呈現(xiàn)，實驗現(xiàn)象的展示，互動活動的展開，教學效果的反饋等方面具有顯著的優(yōu)勢，但在實際教學中也發(fā)現(xiàn)，師生對智能教室系統(tǒng)使用的熟練程度對教學影響較大；多屏互動的實現(xiàn)受制于網(wǎng)速；智能教室所需設備多、資金投入大，現(xiàn)階段難以實現(xiàn)教學常態(tài)化。

［1］［5］陳衛(wèi)東.教育技術學視野下的未來課堂研究［D］.上海:華東師范大學,2012

［2］ 陳衛(wèi)東,葉新東,張際平.智能教室研究現(xiàn)狀與未來展望［J］.遠程教育雜志,2011,29（4）:39-45

［3］ 胡衛(wèi)星,田建林.智能教室系統(tǒng)的構(gòu)建與應用模式研究［J］.中國電化教育,2011（9）:127-132

［4］ 王偉.基于電子雙屏白板的“主導·主體”模式教學應用研究——以高中數(shù)學為例［D］.武漢:華中師范大學,2011

1008-0546（2017）10-0024-04

G632.41

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.009