信息技術與化學教學深度融合的研究與實踐

黃學梅，王彩榮

（長治學院 化學系，山西 長治 046011）

NETP2010（美國2010 國家教育技術計劃）總結近三十年來教育領域中信息技術的應用后發現：要使教育生產力顯著提高，就需要進行由技術支持的重大結構性變革，而不是漸進式的修修補補，即要使教育系統發生結構性變革[1]。

信息技術與課程整合的研究已有十多年，從理論到實踐都取得了一些成績。但研究表明，信息技術與課程整合似乎進入“瓶頸期”，一直在“淺水區”徘徊[2]。基于此，建構一種能夠在教學中更好的應用信息技術的新型教學模式迫在眉睫。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020 年）》中首次提出：“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”[3]。《教育信息化十年發展規劃（2011 ～2020 年）》指出：“教育信息化應充分發揮現代信息技術優勢，注重信息技術與教育教學的全面深度融合[4]。”并首次提出了信息技術與教育“深度融合”全新觀念，希望通過有效的途徑和方法，破解制約信息技術在教育領域應用成效不顯著這一難題。

關于信息技術與教育教學深度融合，相關研究主要集中在信息技術與語文、數學、外語等學科教學深度融合上，對于信息技術與理科教學深度融合的研究較少，同時多數研究也只是從理論層面進行了探討，缺乏實踐性的研究。文章旨在構建一種信息技術與化學教學深度融合的教學模式，并進行實踐研究，以期從理論和實踐上為信息技術與化學教學深度融合的研究提供一定的借鑒。

1 信息技術與化學教學深度融合教學模式的建構

2003 年，何克抗教授在第七屆全球華人計算機教育應用大會上首次介紹了混合式學習的理念后，混合式學習在國內教育領域中開始傳播和應用。從學習形式看，混合式學習主要為在線學習與離線學習的混合、自調步調與協作學習的混合、結構化學習與非結構化學習的混合、特定學習材料與靈活學習材料的混合等[5]。在混合式學習環境下，教學過程通常采用面對面教學和在線教學相結合的形式，慕課、翻轉課堂的出現則為混合式教學和學習注入了新的血液。這種新型混合式學習環境給信息技術與教育教學深度融合提供了可能。基于此，文章構建了信息技術與化學教學深度融合的混合式教學模式。

化學是一門以實驗為基礎的學科，在進行理論知識教學的同時，也要重視實驗的作用。下面分別從理論教學和實驗教學就構建的教學模式展開論述。

1.1 理論知識部分

結合翻轉課堂和相關課程的研究成果，文章給出了信息技術與化學理論知識教學深度融合的教學模式設計方案，如圖1。根據課堂教學結構，分為課前活動、課堂活動、課后活動三部分。課前活動，教師設計網絡教學平臺上供學生學習的資源，包括電子文本、視頻、PPT，微課、練習題和輔助學習相關資料等。學生根據設計的學習流程完成一系列的任務，在此期間，師生、生生可以通過網絡平臺、微信、QQ、郵件等進行交流。課堂活動中，教師總結學生提出的問題，采用各種教學方式引導學生分析問題、解決問題，同時師生通過交流互動總結解決問題的方法等。在課后活動中，教師可以通過相關軟件引導學生對所學知識進行梳理并上傳到網絡平臺，同時要求學生寫心得體會，從學習方法到解決問題策略等方面進行自我剖析。教師之間也要進行反思交流。設置拓展性知識，使學生拓寬知識面。另外，還應為后面的學習提供準備性知識。

圖1 信息技術與化學理論知識教學深度融合教學模式

1.2 實驗知識部分

化學實驗課與理論課的教學有著較大差異，實驗課教學不僅驗證概念、原理等基本知識，還包括操作性知識及技能。而學生對于操作性知識及技能單純通過視頻、PPT 等無法加以全面掌握，還需要學生通過實際操作進行體會和鍛煉。利用虛擬實驗室，就可以讓學生在線訓練實驗技能。

信息技術與化學實驗教學深度融合教學模式如圖2。教師在課前要準備教學平臺所需的學習資源，如實驗原理、實驗注意事項、視頻、虛擬實驗室相關軟件、實驗資料等。課堂教學中，教師要根據學生在虛擬實驗操作中出現的問題以及師生交流中提出的問題進行分析并歸類，進而對學生分組。學生依據分組情況操作實物進行實驗，教師提供指導，完善在線平臺出現的問題，學生最終形成實驗報告。同時要進行實驗操作的針對性測試，并進行組內與組間進行討論，教師應總結并告知學生以后實驗過程中應該注意的問題等。實驗課堂結束后，學生通過在線平臺對實驗內容、實驗操作進行梳理，形成完整的實驗知識，總結實驗心得，上傳到網絡平臺，以便師生、生生之間進行交流，教師也要對學習資源設計和實驗指導等方面進行反思與交流。

圖2 信息技術與理科實驗教學深度融合教學模式

無論是理論還是實驗知識，課前和課后的教學主要是通過人與人、人與環境之間的交互作用，促進學習者自主學習、合作學習、探究學習，從而實現教學相長[6]。而課堂教學以解決問題為中心，教師通過在線平臺獲取問題，進而引導學生進行探究、討論，尋找解決問題的方案，從而使學生獲取知識和技能[7]。

2 信息技術與理科教學深度融合教學模式的實證研究

2.1 研究對象和工具

本研究在山西省某市一所省級示范學校的高一年級兩個平行班中開展。兩個班由一位有著二十年教齡的化學教師授課。實驗班采用為期4個月的信息技術與化學教學深度融合教學模式教學實踐，控制班采用的教學模式不變。4 個月后采用相同的測驗試題和問卷對實驗班和控制班同時進行檢測和調查。

測驗試題包括理論測試與實驗試題，理論試題主要考查物質及其變化、海水中的重要元素-鈉和氯、金屬材料、物質結構-元素周期表四個章節的知識；實驗測試分實驗筆試和實驗操作能力測試，實驗操作能力測試依據實驗步驟制定評分標準。

問卷采用自編《化學教學調查問卷》，包含交流與合作、應用與學習、課程技術和教學方式4 個維度，共36 道題目，采用里克特五點計分形式進行評定。

2.2 研究結果與分析

2.2.1 實驗班與控制班各維度的差異分析

為考察實驗班和控制班在各維度上是否存在差異，進行了維度差異分析，結果見表1。

表1 各維度T 檢驗結果

續 表

由表1 能夠看出，實驗班比控制班在各維度上的均分都要高，并且在交流與合作、信息技術應用、教學方式三個維度上存在顯著性差異（P＜0.05）。為了更好的了解實驗班和控制班教學模式的情況，對問卷選項進行了統計。

（1）交流與合作

此維度主要是調查教學過程中教師與學生以及學生與學生之間的交流合作情況。整體發現實驗班交流的形式以及效果比控制班要好。如“化學老師除了在課堂上與學生交流，課后也經常使用相關平臺或QQ、博客、微信等為學生提供課外輔導、討論問題等。”實驗班的學生有81%選擇非常符合，12%的學生選擇符合，只有7%的學生選擇不符合；控制班的學生只有6%選擇符合，11%學生選擇不確定，83%的學生則選擇不符合。這說明實驗班在教學過程中，教師與學生的交流不僅僅局限在課堂上，課后還會利用信息技術手段與學生進行交流。

（2）應用與學習

“應用與學習”主要研究學生學習策略以及自我評價，如“在實驗課之前，你通過網上現有的資源了解實驗原理，并通過虛擬軟件訓練實驗技能。”實驗班95%的學生選擇非常符合和符合，5%的學生選擇不符合；控制班6%的學生選擇符合，21%學生選擇不確定，73%學生選擇不符合。能夠發現實驗班和控制班實驗課前學習策略不同，實驗班在實驗課之前就已經通過虛擬實驗室對實驗進行了了解與訓練，這也使得控制班學生和實驗班學生在實驗技能上形成一定的差距。

（3）信息技術應用

“信息技術應用”主要了解教學過程中教師對信息技術的應用及其對學生形成的影響，如“在教學過程中，教師經常使用化學專用軟件如模擬動態實驗的化學軟件開展教學”。實驗班有93%的學生選擇非常符合，有7%的學生選擇符合；控制班有58%學生選擇不符合，16%的同學選擇符合，26%學生選擇不確定。交流中發現，26%的學生選擇不確定，是因為他們不能夠確定教師在教學中應用的是否是化學專用軟件。這也說明在信息技術融入課堂教學過程中，實驗班的學生已經認同教師使用的軟件，而控制班的學生還不清楚教師是否使用相關的軟件。

“使用相關信息技術手段輔助教學對你理解知識有很大的幫助”。實驗班有13%學生選擇非常符合，58%學生選擇符合，19%的學生選擇不確定，10%選擇不符合。控制班26%學生選擇符合，41%學生選擇不確定，33%學生選擇不符合。能夠看出控制班的一些學生排斥信息技術在教學中的應用，而且認為信息技術對自己的學習沒有幫助，而實驗班有71%的學生都認可信息技術在教學中的應用，并且認為信息技術對自己理解知識有很大的幫助。

（4）教學方式

“教師使用的教學方式有助于學生自主、探究、合作，并能夠更好的掌握知識”。實驗班有9%的學生選擇非常符合，42%的學生選擇符合，21%的學生不確定，其余學生認為不符合。控制班的學生有15%的學生認為符合，53%的學生不確定，19%的學生選擇不符合，13%的學生選擇非常不符合。說明在控制班中學生自主、合作的機會很少，也不利于知識的掌握。

“你最喜歡化學課教學中哪些方面，哪些方面有助于你理解知識？”其中選擇排名前五項的如表2。從表中能夠看出信息技術在實驗班中更受學生歡迎，學生喜歡面對面交流與非面對面交流相結合的方式。另外相比實驗講授，學生更喜歡模擬練習實驗技能。而控制班學生喜歡課件上的相關資源，說明學生非常希望信息技術應用于教學中。

表2 實驗班與控制班喜歡化學教學對照表

從以上分析可以看出，實驗班的學生在教學中越來越認同信息技術在教學中的作用；在交流與合作方面更愿意面對面交流與非面對面交流結合；對教師采用的教學模式能夠接受；多數學生認為信息技術能夠促進自己自主、合作、探究學習，有助于自己知識的掌握。而控制班在交流、信息技術在教學中的應用等方面的認可度較小，還是認同課堂教學的講解。

2.2.2 實驗班與控制班成績分析

通過對實驗班和控制班最高分、最低分、平均分、各個分數段人數及差異性檢驗值的對比，分析信息技術與化學教學深度融合的教學模式對學習者學習成績的影響，研究結果如圖3、圖4和表3 所示。

圖3 學生理論成績分布圖

圖4 學生實驗成績分布圖

表3 化學成績T 檢驗結果

由圖3 可以看出，實驗班理論成績最高分為96 分，最低分為63 分，平均分為80.096，均高于控制班學生。控制班有1 名學生不及格，從整體看大部分學生處在70-89 分之間，成績分布相對均衡。

由圖4 可以看出，實驗班實驗成績最高分為91，最低分為67，平均分為80.135，均高于控制班學生，整體上看到，大部分學生處在70-89之間。

由表3 能夠看出，實驗班化學理論成績均分比控制班高，但是不存在顯著性差異（P ＞0.05），說明信息技術與化學教學深度融合的教學模式對學生化學理論學習成績的提高有一定的作用。

實驗班化學實驗成績均分比控制班高，而且存在顯著性差異（P ＜0.05），說明信息技術與化學教學深度融合的教學模式對學生實驗學習成績的提高影響較大。

2.2.3 各維度對化學成績的影響

為了更好的了解信息技術與化學教學深度融合對學生學習化學成績的影響，以交流與合作、應用與學習、課程技術、教學方式為自變量，學生化學成績為因變量進行多因素方差檢驗，學生化學成績為理論成績和實驗成績的均分，結果見表4。

由表4 可知，學生化學成績存在顯著的信息技術應用與教學方式差異。學生化學成績還存在著應用與學習和信息技術應用交互顯著性差異、信息技術應用和教學方式交互顯著性差異、應用與學習、信息技術應用、教學方式交互的顯著性差異，交流與合作、應用與學習以及其他交互不顯著。

表4 化學成績多因素方差分析結果

3 研究結論與建議

3.1 研究結論

3.1.1 實驗班在交流與合作、信息技術應用、教學方式等維度上均分均高于控制班，且差異顯著。

從相關數據能夠看出，實驗班在交流與合作、信息技術應用、教學方式等維度上均分均明顯高于控制班，尤其在課程技術這一項中最為突出。說明這種教學模式突出了學生的主體性地位，教學過程中學生能夠自主參與、自主合作，同時融入信息技術，使信息技術與教學深度融合，這種教學模式更有利于學生獲取知識，也體現了信息技術對教育教學的深刻影響。

3.1.2 實驗班測試成績均分高于控制班，理論成績不存在顯著性差異，實驗成績存在顯著性差異。

實驗班平均分高于控制班，理論成績不存在顯著性差異。可能有兩方面原因：一是信息技術與化學教學深度融合的教學模式在學生合作與交流、信息技術的應用等方面得以有效體現，但是過程性的優勢在成績上體現不明顯；二是這種教學模式在實施過程中可能受技術缺乏或使用等因素的影響，致使信息技術與化學教學深度融合的教學模式效果體現不明顯。實驗成績存在顯著性差異，原因可能是實驗班學生課前已進行了虛擬實驗室的訓練和教學平臺上有關資料的學習，使其在上課前對實驗原理、操作等掌握較好。

3.1.3 信息技術應用、教學方式對學生化學成績影響顯著，應用與學習和信息技術應用交互、信息技術應用和教學方式的交互、應用與學習和信息技術應用及教學方式的交互對學生化學成績有顯著影響。

進一步分析可以看到，信息技術應用、教學方式對學生化學成績的影響顯著，這說明無論是化學實驗現象的輔助演示，還是化學抽象知識的理解，都需要以合理的教學方式為基礎，并輔之以信息技術的教學手段。同時也充分說明信息技術應用、教學方式對教學具有重要作用。另外應用與學習和信息技術應用的交互、信息技術應用和教學方式的交互、應用與學習和信息技術應用及教學方式三者交互對學生化學成績有顯著影響。可以看到信息技術應用對學生成績影響非常明顯，說明教學需要融入信息技術。所以針對平臺應用、課前視頻學習、在線答疑、課后QQ、微信應用、資料上傳、課后問題處理、理論知識與實驗知識的學習等環節中可能出現的問題，信息技術均體現了其巨大的作用，這種應用使學生學習可以突破時空的限制，極大提高了學生學習的效率。

3.2 建議

3.2.1 更新教學理念

面對人類文化傳播的第四次革命——信息化、網絡化，教師的理念需要更新。教師不再僅僅是課堂教學的執行者，還是整個教學的設計者、學生學習的指導者、促進者、參與者與信息技術的融入者。教師要不斷更新教學理念，靈活運用信息技術，調整課堂結構，通過面對面與非面對面結合，促進學生更好地接受知識。

3.2.2 構建新型教學方式

信息技術與化學教學深度融合的混合式學習教學模式首先要求教師將信息技術融入到教學和學生學習之中，建立起一種泛在式教與學的環境，拓展學生學習時空，同時應加強相應平臺的建設，確保學生自主學習的效率。另外，教師要借助于信息技術，以問題為驅動，化結果為過程，靈活融入信息技術等，提高教學效率。

3.2.3 提升教師信息技術應用能力和學生數字化學習能力

為了能夠較好開展信息技術與化學教學深度融合的教學模式，同時為使學生能夠適應網絡條件下的混合學習，掌握在線學習的能力，并通過信息技術與化學教學深度融合教學模式提升課程與教學的質量和效率，教師應提升自身的信息技術應用能力，包括課件制作、視頻制作、資源上傳、在線答疑、微信等的使用。教師要勝任每一環節，并能靈活運用信息技術解決學生提出的問題。其次，要培養學生信息化條件下利用平臺或網絡等進行自主學習的能力，開設相關課程幫助學生適應信息技術環境下的自主學習，形成新的在線參與式學習文化。