智慧課堂在物理化學實驗教學改革中的應用*

張雅潔，徐夢媛

(江蘇第二師范學院生命科學與化學學院，江蘇 南京 211200)

物理化學實驗課程是高等學校化學及其相關專業的必修基礎課程，是加深學生們對物理化學理解和運用的重要途徑。當前，我國物理化學實驗課程教學中存在著諸多問題，例如：以教師為中心、學生被動學習、互動有效性低、驗證性實驗比重高、與實際應用相關性低、對學生的探究意識和創新能力培養不足等，嚴重影響了課程目標的實現[1-2]。因此，亟需在物理化學實驗教學中注入新的思想與方法。

在過去的數十年中，中國基礎教育呈現出課堂改革從“高效課堂”到“翻轉課堂”再到“智慧課堂”的發展變化[3-4]。智慧課堂是基于“互聯網+教育”背景下應運而生的新型課堂教學模式，它的出現為“解決物理化學實驗課程傳統教學模式的不足”提供了一種新思路。

1 物理化學實驗的傳統教學模式及存在的問題

在物理化學實驗課程的傳統教學模式中，沒有充分依據課程自身特點來設計科學有效的教學活動，也沒有借助先進的技術手段來實現教學活動，因此物理化學實驗傳統教學模式存在很多問題[5-6]。現分為三個環節(實驗前、實驗中、實驗后)來具體分析傳統教學模式的一般做法、產生的問題及其影響。

1.1 傳統教學模式下的“實驗前”環節

在“實驗前”這一環節中，教師根據實驗內容完成教學設計，并準備好相關材料；學生則根據教材進行預習并完成報告。這樣的教學模式中，實驗前教師和學生通常缺少互動。導致在授課前，教師對學生預習中存在的疑問以及預習效果通常不能及時把握，因此教學內容的針對性不強。

1.2 傳統教學模式下的“實驗中”環節

實驗中這一環節也是線下課堂教學為主的環節，一般分為“理論知識講授”、“教師演示實驗”、“學生重復實驗”三個部分。傳統教學方式在“實驗中”這一環節，存在幾個較為顯著的問題：①“教師主體，學生跟學”的模式具有較大局限性；②互動方式單一、效率低；③實驗的“驗證”意味較強，學生追求“完美”地完成實驗而非通過實驗探索知識；④小組合作意識較差，部分成員參與度低等[7-8]。這些問題直接導致“濫竽充數”的現象在教學中時有發生。

1.3 傳統教學模式下的“實驗后”環節

實驗后這一環節中，學生需要分析處理實驗數據，總結實驗情況，完成實驗報告并提交給教師批改；教師結合實驗過程和實驗報告情況，形成教學反思。這一環節中，普遍存在“學生的反饋不足、后續師生缺乏互動”的現象。

在傳統教學模式下的物理化學實驗課堂，雖然便于教師把握教學進度，但因教法學法、時間空間等局限，也凸顯了很多問題。如：“教學相長”的作用不能得到很好的體現，學生的個性化發展較難實現，通過實驗教學培養學生看待科學問題的質疑精神和創新意識無法落實等，對傳統物理化學實驗的教學方法進行改革已經迫在眉睫。

2 智慧課堂教學模式的特點及其應用優勢

智慧課堂是一種順應“互聯網+教育”發展而產生的新型教學模式。在過去五年的實踐探索過程中，學者們對“智慧課堂”的準確定義雖還沒有達成一致意見，但已初步形成了一些共性認識[9-10]。基于前人的研究成果，本文討論的“智慧課堂”是具備“借助互聯網技術和智能終端的支持，構建智慧化虛擬學習平臺，滿足教育的開放性、互動性、多元性、實時性等需求”這一特點的新型線上線下混合式智慧教學模式。在物理化學實驗課程中，嘗試運用智慧課堂教學模式，關注其“智慧性”的體現，可以提高物理化學實驗課程的教學質量。以下將從四個方面來闡述：

(1)教學理念與目標：智慧課堂圍繞“學生主體，教師主導”的理念開展個性化教學，通過引導學生主動構建知識，來培養學生的探究意識和創新能力，實現每位學習者全面自由地發展。

(2)技術手段：引入“互聯網+”的新技術手段，借助智能終端開展智慧課堂教學活動。常見的智能終端(如智能手機、平板電腦等)具有便捷性、實時性、可靠性、多任務性等特點，有助于學習者充分利用碎片化時間，靈活地實施教與學的各項活動，不再局限于實驗室及課表時間[11]。

(3)交互方式：智慧課堂通過智能終端和虛擬教學平臺開展的交互活動，能夠實現對交互活動(如：主題、對象、地點、時間等)的靈活調整，滿足學習者個性化交互需求，是一種具備實時性、開放性、多樣性、廣泛性的強交互模式[12]。

(4)評價與反思：智慧課堂中的評價與反思更關注參與者的體驗與收獲。結合整個教學過程，采取更加靈活、多元、開放、全面的智慧化考核與評價方式，使參與者們對自身的表現和知識掌握情況有更全面的認知。

綜上，智慧課堂是一種將“教與學”、“線上與線下”、“全面發展與個性化發展”有機結合的智慧化的“開放式”教學模式。在智慧課堂理念下開展物理化學實驗課程的學習，有望使教與學變得更加多元化、靈活化、開放化、趣味化，實現學習過程由“被動認知”向“主動探求，創造智慧”的轉變，對培養具備質疑、探究、創造等科學品質的人才有著重要意義。

3 智慧課堂教學模式在物理化學實驗課程中的應用

智慧課堂教學模式下的物理化學實驗課堂，充分注重“學生主體地位、教師主導作用”的理念。基于這一理念，筆者圍繞“實驗前”、“實驗中”、“實驗后”三個環節，從“教師”、“學生”兩個角度，分別說明如何基于智慧課堂教學模式開展物理化學實驗課程的教學活動。

3.1 智慧課堂教學模式下的“實驗前”環節

“實驗前”環節學習效果的好壞，決定了師生在“實驗中”環節能否高效完成預設任務，是課程教學目標能否達成的重要制約因素。

這一環節，教師需要結合實驗主題和學生知識背景，借助智慧課堂云平臺，完成如下交互：①精選學習資料。除了指定的教材和優選的線上線下優質學習資源外，教師更需要提供查閱其他資料的方法和建議，以培養學生搜索知識的能力。②預設多元化問題。例如《燃燒熱的測定》實驗可以設問：“試探討‘實驗原理’的不完美之處”、“嘗試改進氧彈式量熱計”等。通過引導學生發現“不完美”、“可改進之處”，培養學生敢于發現問題的質疑精神；通過完善“不完美”，引導學生由“接收知識”轉向“創造智慧”，促進學生探究思維的形成。③審核學生申請的實驗方案。根據實驗方案的科學性、合理性以及實驗室現有條件，綜合評估方案的可行性。條件允許時，鼓勵學生開展探究實驗。④完成下一步教學設計。教師通過與學生的互動、虛擬實驗平臺的大數據分析結果等信息，針對學生們預習時遇到的各類問題，確定解答方式(錄制實驗難點講解和實驗操作演示的微課、線上平臺互動、線下課堂精講等)，優化下一步教學設計。

學生們圍繞實驗主題和預設問題，主要開展如下學習互動：①成立學習小組。根據自身的學習習慣、興趣愛好等因素，自由選擇學習伙伴組成學習小組；也可以由線上虛擬交互平臺的云計算和大數據分析，智能推薦合適的學習伙伴。②開展互動研討。借助線上智慧學習平臺，學習者們可以開展組內、組間、校內、校外的云互動，極大地拓展了交流的廣度與深度。③借助虛擬實驗平臺，開展仿真預演。基于虛擬實驗平臺，學生不僅可以檢驗自己對于“成品”實驗的認知程度，而且可以將實驗模擬中產生的困惑提前反饋給教師。甚至，可以借助虛擬實驗平臺的豐富功能，完成探究實驗方案的仿真模擬，提高實際操作時的效率和成功率。④制定實驗方案，提交申請。通過虛擬實驗平臺的模擬，完善實際實驗時探究問題的方案，并向教師申報所需要使用的儀器、藥品、耗材等。在條件允許的情況下，教師鼓勵學生開展探究驗證活動并積極參與其中，實現師生共同學習。

3.2 智慧課堂教學模式下的“實驗中”環節

實驗中，教師和學生處于面對面的線下實驗室內，交互方式以實時當面交流為主，智慧課堂云平臺交互為輔。

這一環節中，教師主要完成以下工作：①通過智慧教學平臺開展限時測試，實時快速了解學生現況；②基于教學設計和智慧平臺反饋的實時數據，與學生共同探討前期學習中發現的主要疑問、本次實驗的注意事項與基本目標；③實驗開展期間，參與各小組的線上線下實時互動；④留意觀察每位學生的實驗過程的表現，并形成過程性評價。

學生們在“實驗中”這一環節中，主要開展以下學習活動：①靈活選擇“自組”或“智能推薦”的分配方式，進行智慧化分組；②以小組為單位，按照預定的實驗方案開展實驗；③觀察實驗現象、及時記錄數據；④開展線上討論互動，探討解決實驗中發現的問題。

3.3 智慧課堂教學模式下的“實驗后”環節

在“實驗后”環節中，教師和學生分別對本次實驗課程進行最后的整理完善，以形成對“教”與“學”全過程的智慧化評價與反思。

最后這一環節，學生們主要完成如下學習活動：①分析處理數據，結合實驗操作現象，分析誤差來源；②通過線上線下查閱資料、互動討論等方式，討論解決仍存有的疑問；③需要實驗驗證的問題，可以借助虛擬實驗平臺模擬或者向教師申請開展補充實驗；④歸納得出實驗結論；⑤基于智慧課堂云平臺統計的學情數據，形成對整個實驗學習過程的評價與反思；⑥整理形成一份完整、科學的實驗報告。

教師在“實驗后”環節中，主要開展如下工作：①適時參與學生的互動，并在需要時提供建議；②審核學生提出的補充實驗申請，合理安排實驗室的開放；③批閱學生提交的完整實驗報告，并反饋意見；④匯總并分析智慧學習平臺收集的教學活動數據；⑤基于整個教學活動過程中收集到的線上線下學情數據，以及自身在教學過程中的體會與收獲，形成智慧化教學反思與評價。

至此，師生共同完成了一次智慧課堂教學模式下的物理化學實驗課程的學習，但智慧課堂教學模式對學習者以及整個物理化學實驗課程的影響卻不會因為一次課程的結束而停止。在智慧課堂中，學習者所收獲的創新思維方式和探究性學習體驗，將在其后續學習中發揮積極作用；智慧平臺所收集的數據和相關結論，也將進一步推動物理化學實驗課程的建設。

4 結 語

相比于傳統教學模式，智慧課堂能夠通過智慧虛擬平臺的云鏈接，實現“跨空間、跨年級”的深度互動，加強了教學活動在實驗前、中、后三個環節的深度聯系，有助于物理化學實驗課程三位一體目標的全面實現，對于培養具備創新思維與探索精神的人才有著重要意義。未來，仍需要通過更多的實踐探索，不斷完善智慧課堂教學模式，以期在物理化學實驗課堂中發揮更大的作用。