“素養為本”的線卜高巾化學教學設計的有效性探析

【摘 要】本文以人教版高中化學必修 1《硫酸》教學為例，探討“素養為本”的線上高中化學教學有效性問題，比較線上和線下教學的優劣，闡明線上教學（一個課時）的時間和內容的分配問題，闡述線上教學課程內容的有效性設計，提出教學設計要以提高學科能力為導向，注重核心知識與學科素養結合。

【關鍵詞】高中化學 線上教學 學習效率 智適教學 ? ?發展空間 多維度數據

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）02B-0109-03

2020 年的春節是在抗擊新冠狀病毒中度過的，各行各業的民眾，包括普通民眾都在盡自己最大的能力配合國家打好這場戰役。隨著抗疫形勢的不斷變化，許多行業延長假期推遲上班時間，因此高中畢業班的復習也受到一定影響。由此教育主管部門提出停課不停學的主張，要求學校開展網絡教學活動。教師也因此要為線上教學做好充分準備。本文就如何有效地進行“素養為本”的線上高中化學教學，從四個方面展開探究。

一、線上和線下教學的優劣比較

目前，在學校體系中主要使用的是線下的集體面授式教學，大多使用一對多的方式;教育培訓機構大多使用一對一或者一對少的面授方式。這幾年逐步有一些教育培訓機構開始研發 AI 智適線上教學，希望用人工智能的方法，讓系統去模擬一個優秀的特級教師給每一個孩子帶來個性化的一對一教學體驗。

谷歌在這個領域中做了一定研究，據有關數據對比分析發現，選取某個學齡段的學生進行分組比較，發現 AI 老師教的班級提分效果優于真人老師所教班級。筆者對某品牌 AI 智適教育在當地使用得到的教學結果進行分析，將目前本地線上線下的教學比較列表，如表 1 所示。

綜上分析可見，學校線下的常規教學的劣勢是不能實現讓每個受教育者的學習效率達到最高，和學生有一定的情感交流。對于班上成績稍落后的學生來說，教師教學內容的針對性就較弱。

教育培訓機構線下教學的劣勢是每次教學的對象人數少，教育培訓機構的師資偏年輕化，部分教師經驗欠缺。但是面授對象人數少，和學生有較多的情感交流，對學生的學習有足夠的關注度。

AI 老師線上教學的劣勢是高中階段的學生培養效果不明顯。主要原因是，近年來高考更注重考查學生核心素養能力，強化學生能力的培養，弱化單純識記記憶的考查。這對教學者的功底、準備、臨場應變素養提出了更高的要求。如何把學生從基礎知識的學習升華到能利用基礎知識解決模擬的現實問題，是每個教師必須在備課時解決的問題。由于高中知識點多，知識脈絡縱橫交錯，排列組合復雜，情景素材來源新穎，因此要求學生要有較強的信息提取能力。目前在線上的智適教學還沒有一個比較完善且高水準的后臺準備。考慮到成本問題，目前本地智適教學配備的輔助答疑的線下教師素質良莠不齊，導致高中部分 AI ?智適線上教學尚未成熟。

筆者認為，要是能將線上和線下教學進行合理整合，提高高中階段化學學習的有效性，不僅能解決當下疫情影響學生不能回校學習的困境，而且能有效地解決學生假期作業完成情況的大數據處理問題，為教師的教學提供更加真實的數據。基于此，筆者做了一些有關方面的探究。

二、線上教學（一個課時）的時間和內容的分配

一個課時的時間一般分為五個階段，分別為預課階段、重難點突破階段、知識拓展階段、師生交流階段、學生作業鞏固階段。為了更加簡明，現以人教版必修 1 《硫酸》的教學為例進行說明。

預課階段（5～8 分鐘）：評講學生提前上交的預習講義，引出本堂課的重難點。

重難點突破階段（15 分鐘）：解決本課時的重難點濃硫酸的氧化性，對比濃稀硫酸性質。

知識拓展階段（15 分鐘）：結合情景素材，訓練學生信息提取能力，鞏固和加深對濃硫酸性質的理解。

師生交流階段（5 分鐘）：根據本節學習內容進行答疑或者進一步拓展補充，并布置作業和下節預習內容。

學生作業鞏固階段（課后）：使用線上智適教學的題庫，由電腦系統有效采集和科學分析學生掌握所學知識的情況，精準定位每位學生的薄弱環節，生成可視化的多維度數據分析報告。

三、線上教學課程內容的有效性設計

如何保證我們的線上教學有效性呢？美國斯坦福大學琳達達林·哈蒙德教授提出：“如果要使得教學有效，那么必須重視學生的先前知識。”因此每一節課的預習內容都需要精心設計，要做到“教師必須理解學生所思以及在真實學習中如何聯系他們先前知識”。以人教版必修 1 《硫酸》的教學為例，進行的教學（學習）設計如下。

（一）設計合理的預習文本

設計合理的預習文本，是為了了解學生已有認知基礎和存在問題。筆者結合學生對事物的認知順序，設計的預習學案如下：

通過此表可以讓“教師預先診斷出學生的理解程度，以便逐步搭建學習過程的腳手架”。因為是線上教學，所以無法現場指導學生通過做實驗、觀察得到實驗結論。但可以通過實驗視頻的方式，加深和鞏固學生對濃硫酸強氧化性的理解，指導學生搭建本節知識架構，幫助學生準備好事實性知識。

（二）學生發展空間分析

學生發展空間有三個維度：（1）知識層面。（2）能力層面。促使學生頭腦中的知識功能化、思維路徑化，全面提升解決實際問題的意識和能力。（3）心理層面。引導學生關注化學與社會發展，STS 等內容，感受真實情況下化學反應的整體性與復雜性，以及科學的應用價值。

“如果學生要在課堂之外使用知識，那么他們需要概念化地組織與使用知識”，“學生不僅要具備事實性知識的深厚基礎，還要在概念框架的情景中理解事實與觀點，以多種便于檢索與應用的方法組織知識”。故拓展環節的設計是很重要的，要求教師有能力組織學習材料，幫助學生將學習材料納入概念圖中，并用多種方法演示知識遷移過程。

（三）實際問題背景下的教學活動設計

這個環節進階的過程是，（1）進階初段，訓練學生文本閱讀和提取主干知識的能力。我們可以用相應的純文本素材讓學生劃出關鍵詞，提取關鍵詞。（2）進階二段，訓練學生知識與情景實際結合應用能力。我們可以設計由易到難的實際問題，讓學生循序漸進地利用所學知識點解決這些問題，培養學生的知識應用能力。教師需要在綜合難度大的地方多角度地闡述遷移思路，幫助學生形成思維建模。（3）進階三段，學生實踐及自我評價。我們可以改編高考真題或者其他素材，讓學生進行實踐及自我評價。這有助于教師及時引導學生修正任務。當然每個教師在設計此環節的時候，不必三段進階都要有，可以根據學生的接受程度靈活安排。

筆者在此設計有關硫酸的進階初段訓練文本—— 兩面的濃硫酸：

我們在做白糖變黑發糕實驗時可以看見，將濃硫酸倒到白糖中，立刻冒出一陣煙霧，然后就剩下一堆黑色的殘渣。要想將發糕成功地發起來，可以事先在白糖中加少量水。濃硫酸對碳水化合物很暴虐，留下碳，氫和氧都被濃硫酸當作水奪過去。衣物（主要成分是纖維）遇到濃硫酸會被燒個洞，也是類似原理。就連漂亮的膽礬遇到濃硫酸，也會被嚇得全身都白了。但是濃硫酸碰到一些活潑金屬，如鐵、鋁的時候，又變得“暖”起來。濃硫酸對待它們兩個是“對你們兇是在保護你們，稀硫酸對你們才是溫水煮青蛙呢”。

要求學生從中歸納濃硫酸的性質和對應的化學方程式，并判斷是否屬于化學變化。

進階二段與實驗優化結合的綜合分析訓練：

1.指出教材實驗中的不足

（1）教材中的實驗是在敞開體系中進行的，沒有考慮到蔗糖被濃硫酸脫水后再與濃硫酸反應會放出二氧化硫等有毒氣體;

（2）沒有設置對反應生成物的檢驗，學生不容易察覺反應的本質。

2.提出改進思路

（1）實驗在封閉體系中進行;

（2）增加尾氣處理裝置;

（3）增加對反應生成物的檢驗裝置。

要求學生按照這個思路優化實驗，并簡單畫出裝置圖。（如進階三段的實驗圖）

進階三段可以根據設計出來的優化圖，進行與相關物質反應的綜合設計。

按以上實驗，固定蔗糖的用量為 10 g，第一個品紅的用量（V品紅∶V水=1∶4），高錳酸鉀的用量（V高錳酸鉀∶V水=1∶4），第二個品紅的用量（V品紅∶V水=1∶6），改變濃硫酸的體積和水的體積，通過簡單比較法探究本實驗的最佳水平。

【實驗探究一】固定濃硫酸的體積為 8 ml，改變水的用量，實驗記錄如下：

〖問題 1〗以上實驗怎么驗證有二氧化碳生成？（第一個品紅褪色，加熱后又恢復，說明產物里面含二氧化硫，高錳酸鉀和二氧化硫反應后顏色變淺。第二個品紅不褪色，說明二氧化硫已經被完全除凈，澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成）

〖問題 2〗根據實驗記錄可知，什么條件下黑發糕的高度最高？

根據以上的實驗記錄和結果可知，當濃硫酸的體積為 8 ml 時，加入 1.5 ml 的水，黑面包的高度最高。

【實驗探究二】固定水的體積為1.5ml，改變濃硫酸的用量，繼續進行探究，實驗記錄如下：

〖問題 3〗根據以上的實驗記錄和結果可知，什么條件下黑發糕的高度最高？（當水的體積為 1.5 ml 時，加入 9 ml 的濃硫酸，黑面包的高度最高）

〖實驗結論〗本實驗的最佳因素及水平是：當蔗糖的量為 10 g 時，加入 1.5 ml 水，9 ml 的濃硫酸，黑發糕的高度最高，現象最明顯。

以上三段設計素材，教師可以自行改編，設計出環環相扣的知識鏈，從而建構出素養學習的模式。我們通過對實際問題的拆分，引導學生從學科視角認識問題、分析問題、解決問題。設計任務驅動，倡導綠色化學，培養環保意識，讓學生感受當實驗條件發生改變的時候，實驗現象的差異性的事實;培養學生嚴謹求實的科學態度，具有探索未知、崇尚真理的意識，進一步將化學核心素養培養落到實處。

四、做好線上教學多維度數據報告的分析

為持續評估學生的學習情況，使我們的教學更適應學生的需求。教師要做好線上教學多維度數據報告的分析，以便課后對學生進行針對性的精準輔導。課后 AI 智適平臺題庫要儲備事先分難度等級的各知識點，這樣學生在課后完成教師布置的作業時，電腦就會自動記錄生成每一位學生的知識點掌握情況。

線上教學不能替代線下教學，線上無法解決“讓學生親自動手實驗，體會實驗探究中的樂趣”，在較大程度上制約了學生對化學實驗的深度思考。高中線上教學模式還有很多需要完善和改進的地方，線上智適平臺的設計有待進一步加強。我們希望能通過探究新教學模式和體系去改變師生配比關系，整合出有效的融合了人工智能在內的教學方式，從而真正做到因材施教。

【參考文獻】

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[3]王紅娜，張洪俊，張慶民.二氧化硫漂白性實驗及黑面包實驗的改進[J].教學儀器及實驗，2008，24（1）

【作者簡介】傅慧珍（1973— ），女，漢族，河北武清人，本科，南寧市銀海三美學校化學教師，研究方向：化學教學與研究工作。

（責編 盧建龍）