信息技術(shù)支持下的西部地區(qū)化學(xué)實驗教學(xué)變革的研究與實踐

何大明

［摘 要］有效利用實驗的教育功能培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，是國家人才戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措。為發(fā)展學(xué)生的化學(xué)實驗創(chuàng)新能力，以信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)改革為核心，促使信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科深度融合，變革化學(xué)實驗課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式，總結(jié)化學(xué)實驗教學(xué)新模式。

［關(guān)鍵詞］信息技術(shù)；化學(xué)實驗；西部地區(qū)；教學(xué)變革

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ ? ?A ? ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2023）03-0038-04

一、問題的提出

傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)由于受到各種現(xiàn)實條件的制約，教學(xué)方式不是滿堂灌、全堂練，就是畫實驗、背實驗，導(dǎo)致教師教得辛苦，學(xué)生學(xué)得被動，教學(xué)缺乏互動，無法體現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的深層價值。2001年課程改革以來，信息技術(shù)與課程整合在國內(nèi)如火如荼地鋪展開來，不斷涌現(xiàn)出新的教學(xué)方式。本研究所項目組立足西部地區(qū)普通學(xué)校，從2006年開始進(jìn)行信息技術(shù)與化學(xué)整合教學(xué)的研究與實踐，在積累了一些經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步嘗試運用信息技術(shù)改革化學(xué)實驗課堂，取得了很好的效果。但是在具體踐行“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的信息化課堂教學(xué)時，遇到了兩個方面的問題：一是教師缺乏信息化素養(yǎng)和信息化思維，難以引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)；二是缺乏被認(rèn)可的、可以借鑒的信息化課堂教學(xué)模式，以致信息化課堂教學(xué)模式難以大范圍推廣。

為解決上述問題，項目組反復(fù)論證、研究，提出了從西部地區(qū)生源實際出發(fā)面向未來確立育人目標(biāo)。國務(wù)院2010年7月頒布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出：“探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合，以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新，充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用。”［1］信息技術(shù)引領(lǐng)實驗教學(xué)走進(jìn)一個全新的時代，數(shù)字化實驗、仿真實驗室、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)互動平臺、智能工具等為學(xué)生開辟了自主合作、交互探究、個性化學(xué)習(xí)的新天地，更為化學(xué)實驗育人的改革帶來了新的機遇。

二、信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)的融合進(jìn)程

項目組按照“理論研究—構(gòu)建模型—應(yīng)用推廣”的思路深入開展信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)變革研究與實踐，歷經(jīng)15年，主要分為四個階段（見圖1）。

（一）探索階段（2006—2010年）：從信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科整合入手研究課例

2006年，柳州市電教站在全市開展信息化教學(xué)活動，成立了柳州市教學(xué)課件研究中心組。項目組成員積極參加各種研討活動，反思化學(xué)教學(xué)存在的問題，展開信息技術(shù)支持的教學(xué)探索，嘗試用信息技術(shù)與化學(xué)整合的方式組織課堂教學(xué)，提煉了一些優(yōu)質(zhì)教學(xué)案例，確立了研究方向。

（二）形成階段（2010—2015年）：整體提高教師信息化素養(yǎng)，深化化學(xué)課堂教學(xué)改革

采取區(qū)域聯(lián)動教研，系統(tǒng)培訓(xùn)柳州市及六縣教師熟悉常用信息化軟件的創(chuàng)新應(yīng)用，提煉出了信息化課堂教學(xué)的思維技巧；關(guān)注化學(xué)實驗的育人功能，探索出了利用信息技術(shù)助推化學(xué)實驗教學(xué)變革的途徑和方法；每年指導(dǎo)柳州市近百位教師參加信息技術(shù)與學(xué)科融合教學(xué)比賽并獲佳績。

（三）深化階段（2015—2019年）：建構(gòu)信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)模式

依托10多項課題研究項目，構(gòu)建了有效變革課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)實驗教學(xué)模式，形成了信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的范式。項目組采用“名師展示推進(jìn)，示范引領(lǐng)教學(xué)”的策略面向全國、全區(qū)、柳州市推出了33節(jié)信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗獲獎?wù)n例、100多節(jié)研究課、200多節(jié)微課，并在全區(qū)廣泛開展信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)培訓(xùn)活動，每年深入兄弟學(xué)校指導(dǎo)開展信息化實驗教學(xué)，先后與全區(qū)、全市化學(xué)專家、同行1000多人次進(jìn)行交流探討。

（四）推廣階段（2019—2021年）：信息化化學(xué)實驗教學(xué)的應(yīng)用推廣

項目組以自治區(qū)級課題“促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的高中化學(xué)實驗教學(xué)實踐研究”為抓手，選取市區(qū)、縣份、鄉(xiāng)村學(xué)校的部分初中、高中學(xué)校作為信息化化學(xué)實驗教學(xué)的實踐單位，開展常態(tài)化應(yīng)用，并在全區(qū)、全市舉行信息化教學(xué)講座50多次，培訓(xùn)教師7000多人次；依托柳州市“城鄉(xiāng)聯(lián)動，一體發(fā)展”鄉(xiāng)村教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程，在西部地區(qū)組織信息技術(shù)促進(jìn)課堂教學(xué)研訓(xùn)活動50多次，形成了“課堂示范—名師說課—培訓(xùn)點評—提升實踐”的結(jié)構(gòu)化教學(xué)研究生態(tài)場，實現(xiàn)學(xué)科育人。

項目組成員多次代表廣西參加全國信息技術(shù)與學(xué)科融合教學(xué)現(xiàn)場展示活動，獲專家高度贊賞，進(jìn)一步促進(jìn)成果的應(yīng)用和推廣。

三、信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)的融合成果

（一）提出了信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)模式及其評價新理念

信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)變革的落腳點是變革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，即將“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，改變?yōu)榧饶艹浞职l(fā)揮教師主導(dǎo)作用，又能突出體現(xiàn)學(xué)生主體地位的“主導(dǎo)—主體相結(jié)合”教學(xué)結(jié)構(gòu)［2］。項目構(gòu)建了能實現(xiàn)化學(xué)實驗課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)變革要求的信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)模式（見圖2）。

教學(xué)模式分為三個板塊：一是在課前自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，教師提前在網(wǎng)絡(luò)平臺分享有關(guān)學(xué)習(xí)資料，通過精心設(shè)計方案，推送學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)和思考。二是在實驗探究環(huán)節(jié)中，利用仿真實驗室、微課、視頻等將一些難以觀察的微觀現(xiàn)象或現(xiàn)象不明顯的實驗動態(tài)展示給學(xué)生，幫助學(xué)生理解實驗原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而讓學(xué)生積極地參與課堂活動。三是在評價與交流環(huán)節(jié)中，利用信息技術(shù)記錄和捕捉一些學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和評價。信息技術(shù)由只是輔助教師突破重難點的形象化教學(xué)工具，轉(zhuǎn)變?yōu)榧仁禽o助教師“教”的工具，又是促進(jìn)學(xué)生“學(xué)”的認(rèn)知工具、協(xié)作交流的工具以及情感體驗和內(nèi)化的工具，實現(xiàn)了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的根本性變革。

同時，還形成了信息技術(shù)支持下的學(xué)評融合的評價新理念，其評價流程如圖3所示，即依托信息技術(shù)發(fā)布驅(qū)動性任務(wù)，伴隨性采集數(shù)據(jù)，診斷評價學(xué)生的思維水平，將評價的各核心要素融于學(xué)習(xí)活動中，以學(xué)生為主體，鼓勵人人參與展示、人人參與對他人的評價，讓每一位學(xué)生都能在評價活動中提升核心素養(yǎng)，在評價反饋中改進(jìn)學(xué)習(xí)。要使學(xué)評融合理念落地，就要強調(diào)學(xué)生思維的生成與作品的展示，為此，教師要利用信息技術(shù)重構(gòu)育人環(huán)境，優(yōu)化學(xué)與教的方式。

（二）構(gòu)建了信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的范式

從有效變革課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)實驗教學(xué)模型出發(fā)，根據(jù)不同的化學(xué)實驗教學(xué)組織方式，形成了四種信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的范式。

1.信息技術(shù)支持下的化學(xué)驗證性實驗教學(xué)范式。課前，教師制作化學(xué)實驗資源包，通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)放給學(xué)生自主學(xué)習(xí)；課中，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實驗，及時糾正學(xué)生的錯誤操作，解答學(xué)生的疑問，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗報告等，或根據(jù)需要組織學(xué)生進(jìn)行問題討論、實驗成果展示等活動；課后，教師及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行調(diào)查，評估教學(xué)效果，不斷調(diào)整課堂教學(xué)的實施方案。（見圖4）

2.信息技術(shù)支持下的化學(xué)探究性實驗教學(xué)范式。借助信息技術(shù)環(huán)境，形成以“創(chuàng)設(shè)情境→提出問題→自主探究→合作交流→評價反思→應(yīng)用遷移”為基本流程的化學(xué)探究性實驗教學(xué)范式（見圖5）。

實驗準(zhǔn)備階段：教師利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)實驗情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；引導(dǎo)學(xué)生了解實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灧椒ǎ笇?dǎo)學(xué)生組建學(xué)習(xí)小組。

實驗設(shè)計階段：教師提出問題，讓學(xué)習(xí)小組討論分析，進(jìn)行實驗假設(shè)并形成實驗設(shè)計思路。

實驗探究階段：學(xué)習(xí)小組分工協(xié)作進(jìn)行實驗探究，并對實驗數(shù)據(jù)或結(jié)果進(jìn)行分析解釋。教師利用信息設(shè)備捕捉學(xué)生的實驗探究過程，并通過同屏技術(shù)上傳展示。

總結(jié)反思階段：學(xué)習(xí)小組以實驗報告文檔、課件、圖片、視頻等方式通過信息化平臺展示與分享實驗結(jié)果，并進(jìn)行小組間互評和教師點評。

活動應(yīng)用階段：大數(shù)據(jù)平臺根據(jù)學(xué)生能力水平評價形成個性化學(xué)習(xí)手冊，滿足不同學(xué)生的需求。

3.“線上線下”混合式化學(xué)實驗教學(xué)范式。本教學(xué)范式（見圖6）借助信息化平臺，在課堂上進(jìn)行交互式探究教學(xué)，幫助學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展自主合作探究性學(xué)習(xí)。

準(zhǔn)備階段：教師首先根據(jù)學(xué)生學(xué)情制訂本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，并依據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計有效的教學(xué)活動環(huán)節(jié)；接著依據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計相關(guān)微課，可以在課前、課中以及課后使用，以幫助學(xué)生完成基礎(chǔ)知識儲備、知識拓展、小節(jié)歸納；最后選擇合適的教學(xué)軟件或平臺進(jìn)行課堂教學(xué)，例如預(yù)習(xí)階段可以使用“美篇”“PPT”展示小組成果。

教學(xué)階段：課前，通過平臺線上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行預(yù)習(xí)，并提出實驗假設(shè)，完成初步的實驗方案。在進(jìn)行實驗方案設(shè)計時，學(xué)生可以搜索相關(guān)素材支撐實驗猜想，小組討論分享，充分發(fā)揮線上資源的優(yōu)勢與集體的智慧；還可以通過虛擬實驗平臺分析方案的可行性與安全性，并上傳小組實驗方案到班級群中共享。課中，教師針對學(xué)生預(yù)設(shè)的實驗方案進(jìn)行點評，在需要突破的問題上鼓勵學(xué)生完善實驗方案后再進(jìn)行實驗探究與實驗結(jié)果分享。課后，教師可以通過線上分享學(xué)生的實驗報告、搜集的科學(xué)信息等，對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納和拓展延伸。

評價階段：通過UMU、問卷星、QQ群作業(yè)等平臺，收集各個小組的實驗報告與課后診斷數(shù)據(jù)，反思本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)落實程度。也可以讓學(xué)生對其他小組的實驗方案進(jìn)行點評，相互借鑒，以提升學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)與思維能力。

4.基于微課的實驗教學(xué)范式。在本教學(xué)范式（見圖7）中，微課主要以三種形式呈現(xiàn)，即課前微課、課中微課與課后微課，并貫穿科學(xué)探究的全過程。

（三）探索出了利用信息技術(shù)助推化學(xué)實驗教學(xué)變革的途徑和方法

1.加強信息技術(shù)的應(yīng)用研究與突破。一是信息化軟件的深度應(yīng)用研究。項目組的系統(tǒng)研究成果包括PowerPoint、化學(xué)大師、NOBOOK虛擬實驗室等輔助軟件在教育教學(xué)工作中的創(chuàng)新應(yīng)用，形成了系統(tǒng)的信息化思維理論，為學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課中師生互動交流、課后復(fù)習(xí)鞏固提供了技術(shù)支撐。

二是微課視頻制作技術(shù)的突破。項目組根據(jù)化學(xué)實驗微課視頻要素，探索出了以培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”為導(dǎo)向的微課設(shè)計基本框架，為微課融入實驗教學(xué)的設(shè)計提供理論指導(dǎo)和方法指引，并制作了200多個化學(xué)實驗微課視頻發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)平臺上，供廣大教師免費下載使用。

2.開發(fā)便于推廣的教學(xué)案例與課堂視頻。項目組積累了近40個獲獎?wù)n例，借助信息技術(shù)改進(jìn)了15個教材實驗，解決了教材中部分實驗現(xiàn)象不明、原理不清的問題，形成案例視頻集，并通過互聯(lián)網(wǎng)平臺與廣大學(xué)校和教師共享資源，將研究成果大范圍推廣應(yīng)用。

四、成效與反思

（一）項目研究成效

項目實施以來，得到了社會各界的認(rèn)同與贊賞，《柳州日報》、《柳州晚報》、龍城教育、柳州教育網(wǎng)等媒體進(jìn)行了大量報道，有力推動了西部地區(qū)化學(xué)實驗課程改革的深化發(fā)展。

1. 突破現(xiàn)有的教學(xué)模式，引領(lǐng)全區(qū)化學(xué)實驗教學(xué)改革的方向。項目探索了信息技術(shù)與化學(xué)實驗深度融合的教學(xué)范式，使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下師生互動、生生互動成為常態(tài)。面向全國、全區(qū)、柳州市推出30多項信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)獲獎作品和30次市級示范公開課。項目組成員指導(dǎo)區(qū)內(nèi)兄弟學(xué)校開展化學(xué)實驗教學(xué)10多年。

2.教師信息化素養(yǎng)和信息化思維顯著提升。項目實施以來，立足信息技術(shù)支持下的化學(xué)實驗教學(xué)，項目組完成了廣西教育科學(xué)規(guī)劃“十三五”課題、柳州市重點課題等7項，有效促成了自治區(qū)級5項課題立項。項目組出版專著1部，發(fā)表了與成果相關(guān)的、有推廣價值的論文近20篇，獲獎?wù)撐暮徒虒W(xué)設(shè)計共13篇。

3.區(qū)域教育質(zhì)量不斷提升。信息化課堂教學(xué)范式已在柳州市柳南區(qū)廣泛開展，項目組深入課堂指導(dǎo)教學(xué)，定期組織研討活動。數(shù)據(jù)表明，信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)的有機融合，有效促進(jìn)了區(qū)域教研活動的開展，變革了教學(xué)形式，破解了教育難題，實驗區(qū)區(qū)域教學(xué)質(zhì)量整體得到提升。

4.化學(xué)實驗教學(xué)生態(tài)發(fā)生了變化。項目通過現(xiàn)代信息技術(shù)變革學(xué)校教學(xué)形態(tài)，落實化學(xué)實驗課程改革要求，以化學(xué)實驗育人為目標(biāo)，全面分析實驗學(xué)校的化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀，區(qū)域聯(lián)動協(xié)同，為推進(jìn)信息技術(shù)與課程深度融合做出示范，形成值得推廣的優(yōu)質(zhì)教改案例。柳州市參加全國信息技術(shù)與學(xué)科融合教學(xué)活動已有16年，項目組指導(dǎo)參加決賽的教師突破1000名，培訓(xùn)教師7000多人次，帶動西部地區(qū)教師不斷提升信息技術(shù)應(yīng)用水平和學(xué)科課程實施能力。現(xiàn)在很多受訓(xùn)教師都已成長為各個學(xué)校信息化教學(xué)的骨干，在柳州市及廣西都有一定的影響。

5.項目影響力不斷擴(kuò)大。項目理論成果和實踐成果在市級、自治區(qū)層面產(chǎn)生重大影響。項目 組核心成員在項目研究的過程中反復(fù)實踐、驗證、反思，提煉出觀點、經(jīng)驗、策略，形成專業(yè)的表達(dá)，發(fā)表了系列論文20篇；項目組核心成員多次受邀在市級、自治區(qū)級、國家級培訓(xùn)活動中作專題報告，采取“送教下鄉(xiāng)”的方式幫扶融安、融水、三江等貧困地區(qū)開展信息化教學(xué)培訓(xùn)10余年，培訓(xùn)教師超過3000人次，鄉(xiāng)村教師參加各類信息化教學(xué)比賽獲獎300多人次。

（二）問題與反思

目前，西部地區(qū)教育信息化發(fā)展過程中仍存在諸多問題，比如很多學(xué)校把教育信息化等同于設(shè)備現(xiàn)代化，認(rèn)為解決了硬件設(shè)備的建設(shè)問題，就是實現(xiàn)了教育信息化。這種觀念反映出部分學(xué)校的教育理念仍然比較滯后，實現(xiàn)教育信息化依舊任重道遠(yuǎn)。為此，我們可以從以下幾個方面入手，不斷推進(jìn)化學(xué)實驗教學(xué)改革。

1.變革課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)學(xué)科教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生綜合素質(zhì)的顯著提升。要根本改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，除了要有一整套有效的教學(xué)模式和方法，還要在信息化教學(xué)創(chuàng)新理論的指導(dǎo)下將這套教學(xué)模式和方法切實運用于課堂教學(xué)過程中。只有這樣，才有可能真正改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)各級各類教育教學(xué)質(zhì)量的大幅提升。

2.開發(fā)出豐富的學(xué)習(xí)資源。要改變傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)，除了需要有效的教學(xué)模式，還要開發(fā)出有關(guān)化學(xué)實驗的豐富學(xué)習(xí)資源，以促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自主探究，為學(xué)生的協(xié)作交流以及情感體驗提供素材。

3.提高教師的信息化素養(yǎng)。學(xué)校應(yīng)建立相應(yīng)的激勵機制，鼓勵教師應(yīng)用信息技術(shù)手段進(jìn)行課堂教學(xué)，重視培養(yǎng)教師的信息化思維，加強培訓(xùn)，促使教師能夠在課堂中主動地應(yīng)用信息技術(shù)開展教學(xué)。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

［1］ ?中華人民共和國教育部.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）［EB/OL］.（2010-07-29）［2022-12-25］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6052/moe_838/201008/t20100802_93704.html.

［2］ ?何克抗.如何實現(xiàn)信息技術(shù)與教育的“深度融合”［J］.課程·教材·教法，2014（2）：58-62，67.

（責(zé)任編輯 ? ?羅 ? 艷）