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如何在化学实验教学整合数字化资源

 论文栏目:化学实验论文     更新时间:2019/10/9 17:15:03   

摘要港口经济杂志社:随着教育信息化的深入推进,利用数字化资源开展教学特别是实验教学已成趋势。本文对目前在化学教学中使用数字化资源的现状及存在的问题进行深入分析,探讨如何有效整合数字化资源,促进教学理念与教学方式的转变和学生化学学科核心素养的提升。

关键词港口经济杂志社:化学教学;有效整合;数字化资源;化学实验

港口经济杂志社 人类文明发展得益于科学进步。科学技术改变着人类生活方式,也不断更新教育教学手段。数字化资源作为时代发展的产物,将进一步提升教育教学整体水平。作为新时代的化学教师,应当充分利用并整合优质的数字化资源,在提高教学质量的同时促进学生的化学学科核心素养发展。

一、数字化资源之于化学教学的作用

随着教育现代化的推进,数字化资源越来越广泛地被用于各个学科。对于化学学科来说,数字化资源融入化学课堂教学具有以下作用。其一,提高学生的信息素养。21世纪是信息时代,人们已置身于信息网络中,教育也无法脱离信息单独存在。融入数字化资源的化学课堂教学,可以帮助学生获取书本外的信息,让学生学会如何有效获取相关化学信息以及如何充分利用信息。数字化资源的应用实现了教学与前沿的信息接轨,能帮助提升学生的信息素养。其二,提高学生的化学学科素养。新世纪的教师不能满足于传授知识,发展学生的学科素养才是最终的任务。对于化学学科来讲,教师要帮助学生发展的素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”。素养的提高仅靠知识传递是无法实现的,利用数字化资源,创造更多理想化的情境,可以帮助学生发展化学学科核心素养。其三,调整课堂结构,提高学生学习主动性。无论是传统的化学课堂教学还是实验教学,都需要在教师的讲解下完成,脱离了教师的讲解,教学无法完成——学生是在被动接受知识。将数字化资源融入化学教学,增加了学生主动探究的机会,比如让学生通过微课或者是网页链接在课前自学部分内容,再如学生利用数字化传感器自主探究某些化学反应中物质的变化。利用这些数字化资源可以帮助学生实现课上或课下对化学课程的自主学习,改变学生的学习方式,提高学生的学习自主性。其四,易于学生理解化学知识。化学是在原子、分子水平上,研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的学科。化学学科有其独特性。化学知识较为抽象,但从认知水平看,中学生的抽象思维还处于发展状态,他们对部分知识理解困难。教师利用信息技术和数字化资源可以将很多化学现象的本质用数据或模型等形式表现出来,有效降低了理解难度,易于学生学习。

二、将数字化资源整合融入化学教学的案例

化学学科的核心素养是在中国学生发展核心素养的基础上,基于化学学科本质高度凝练后提出的适于化学学科的核心素养。笔者认为化学知识教学是培养化学学科素养的基础——一个知识点的教学不应只对应一项素养的培养,往往是多个。在此,笔者将从化学学科核心素养的五个方面阐释融合应用数字化资源教学的案例,意在突出如何在知识教学的基础上,借助于数字化资源的应用实现对学生素养的培养目标。需要说明的是:每项素养列举了一个或两个知识点,但并不意味着该知识点的教学只能培养这一项素养,没有将素养或知识割裂之意。

港口经济杂志社 (一)以虚拟实验辅助教学,培养“宏观辨识与微观探析”素养

港口经济杂志社 从微观与宏观的角度认识物质是化学最显著的特征,培养学生从宏观与微观相结合的视角分析与解决问题的能力是化学学科教学的重要目标之一。但是以传统的方式教学不利于学生从微观层面认识物质,而借助数字化手段可以将微观的粒子展现出来,让学生一目了然。例如,学习“水的分解”,学生需要理解电解水的微观过程,但是在实验中学生无法直接观察到微观的变化过程,此时教师可以应用动画软件制作电解水的视频,虚拟实验过程。在这样的情境下,学生直接观看电解水的过程甚至参与虚拟实验,拖动H2O分子中的原子,使氢原子和氧原子分离后再组合,然后看到有大量氢气和氧气分子产生。除此之外,很多化学反应的微观变化过程可以借助动画进行模拟,让学生们直观感受反应过程中原子与分子的变化。

(二)利用动画演示离子变化过程,培养“变化观念与平衡思想”素养

港口经济杂志社 “变化观念与平衡思想”是化学教学中较为重要的素养,将这一素养的培养贯穿整个化学教学,需要教师研究并有效整合利用数字化资源。例如,在学习“难溶电解质的溶解平衡”时,教师以尿结石病人为何什么要多喝水为例引发学生思考,接着让学生利用离子浓度传感器观测草酸钙中加入水后离子浓度的变化,然后利用动画软件演示离子变化的过程,最终让学生在探究的过程中明白多喝水可以降低离子浓度,促进平衡向正向移动,帮助草酸钙溶解。

港口经济杂志社 (三)应用传感器量化实验结果,培养“证据推理与模型认知”素养

课标要求通过化学教学使学生具有证据意识,能够基于证据对物质及其变化提出可能的假设,并建立认知模型,揭示现象的本质与规律。传统教学在此素养的培养方面存在诸多困难,而利用数字化资源可有效引导学生形成证据意识并学会建立模型。例如,在教学“碳酸钠与碳酸氢钠”时,传统的实验模式下教师会将碳酸钠和碳酸氢钠分别与稀盐酸反应,引导学生观察两种物质与稀盐酸反应的快慢以及释放气体的多少,进而探讨产生现象的原因(碳酸钠中的碳酸根离子需先与氢离子结合),最后得出碳酸钠与稀盐酸反应较慢的结论。但此实验缺乏证据支持,只通过肉眼观察是不够的。如果应用二氧化碳传感器,教师可将反应的快慢以及释放气体的多少用数据(模型)展示出来,让学生直观观察并计算两种物质与稀盐酸反应速率以及产生二氧化碳的量。

(四)线上线下探究“原电池”,培养“科学探究与创新意识”素养

“兴趣是最好的老师”,学生只有在兴趣的驱动下才能进行化学知识的高效探究,深入掌握化学规律,提高科学探究与创新意识。例如,在教学“原电池”时,教师可以采取“线上线下+微课”的教学方式,引导学生自主探究如何自行制作原电池。教师在线上以微课的形式为学生提供学习资料,例如推送关于“1780年,意大利的伽伐尼教授发现将金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉时,当金属的另一端相碰时,蛙腿会抽动”的原因分析以及“生活中常见电池的材料”的介绍。教师设置任务单让学生在线自主学习了解制作原电池所必需的条件,然后在线下课堂为学生提供实验材料,让学生自主设计方案,完成原电池的设计。线上线下融合教学,要求教师精心设置合理的问题,引导学生多角度多维度分析问题并解决问题,实现自主探究学习,在学生自主实验的过程中逐渐形成创新思维。又如,江苏中学教师董金水利用交互式电子白板和数字化实验系统在“化学反应速率”的教学中进行尝试性应用,设计启发性学案进行相关实验探究,引导学生自主学习、探究,使之逐步形成一种在学习中善于质疑、乐于探索、努力求知的良好学习习惯。教师在利用数字化实验引导学生自主探究学习时,一定要在基于教材,结合数字化实验的特点和学生认知的特点设计教学方案,提出明确的问题启发学生思考,达到提高学生科学探究能力与创新意识的目的。该教学模式对学生学习的自主性要求较高,现阶段我国学生的学习主动性较为缺乏,因此培养学生自主学习能力也是当今教学的重点之一。

(五)借助数字技术研讨化学事件,培养“科学态度与社会责任”素养

港口经济杂志社 化学与人们的生活息息相关,衣食住行样样离不开化学。随着人们物质生活水平的不断提高,物质文明与生态环境出现了一些矛盾。如何平衡化学在人类生活中的角色,也是教师应当传授给学生的知识。例如,教学“氯气的性质”时,教师可以借助互联网将授课所需要的图文资料输入资料库,建立独立的网页。上课时让学生打开网页,通过网页了解生产生活中氯气的用途以及因氯气引发的安全事故。比如,生活中使用氯气净化水(或制作84消毒液),氯气泄漏事故的处理过程。再如,教学“二氧化硫”时,利用交互式电子白板以网页形式链接二氧化硫形成酸雨以及二氧化硫被用作食品保鲜剂的数字化资源。教师以“二氧化硫的功与过”为主题让学生展开辩论,并用形象生动的画面激发学生的社会责任感,引导学生对化学事件保持正确的态度与看法。

三、数字化资源使用中尚存的问题与对策建议  

港口经济杂志社 (一)化学数字化实验教学中存在的问题

港口经济杂志社 1.迫于课时压力,仍以传统教学为主化学课程集中在初中三年级及高中阶段。这两个阶段都是学生生涯中较为重要的学习时期,多数教师迫于升学压力,没有办法在课堂教学中高频应用数字化资源。原因在于数字化资源的应用改变了传统的授课方式——由传统的教师讲授学生聆听的教学方式变为增加更多让学生自主探究的教学模式。一方面学生缺乏学习自主性,造成教学质量不佳;另一方面学生的好奇心重,对一些新鲜的事物存在极大的兴趣,在授课的过程中学生可能偏离教学中心,造成注意力分散,影响教学质量。所以,很多教师不敢轻易尝试在教学的过程中大量使用数字化资源。2.教师信息化素养薄弱教师整体的信息素养水平不高,主要存在认识和能力两方面问题。一方面,大部分化学教师对信息化资源的认识较肤浅,对信息化资源缺乏理性的认识。很多教师认为化学课堂教学中不宜使用数字化资源,数字化资源只能用以辅助课堂教学,过多应用不利于学生掌握知识,所以很多教师不愿意探索和使用数字化资源。另一方面,教师使用数字化资源的水平参差不齐。这与教师知识结构和心态等因素有关,部分年长的教师在他们在校接受教育的年代几乎接触不到数字化资源,现在让其使用数字化资源教学困难重重,一些年轻的化学教师虽然在使用上不存在困难,但是缺乏自主探究的精神,还有部分教师存在时间和精力有限等问题。一些教师对如何将其应用于化学教学中的思考较少,在化学教学中使用数字化资源教学自然就少。3.数字化校园建设不健全教育信息化是当今世界各国应对知识经济挑战、实现教育现代化的一个重要战略选择。随着通信、网络、多媒体等信息技术的发展和普及,信息化、个性化、多元化成为现代教学的需要。一方面,我国已经启动了数字化校园的建设工作,而数字化校园的建设依旧处于初级探索阶段,数字化校园建设体制尚不完善。另一方面,由于数字化校园建设费用较高,而我国各地区经济、教育水平发展不平衡,存在城乡差异,导致部分农村学校还没有启动数字化校园的建设工作,因此[1]马琳.国内外优秀数字化教学资源出版情况的比较与研究[J].学园,2014(15):190-191.[2]蔡琰.如何在课堂教学中有效整合数字化资源[J].文教资料,2019(4):216-217.参考文献接触不到优质数字化资源。一些学校还缺乏条件为教师提供数字化教学资源培训的机会以及学习平台,部分教师无法及时共享国内外优质的数字化教学资源。此外,很多教师对一些较为专业的数字化资源较为陌生,不能及时掌握并使用最新的数字化资源。

(二)有效整合数字化教学资源的意见

港口经济杂志社 1.国家与社会层面2018年4月,教育部印发了《教育信息化2.0行动计划》,我国教育现代化建设步伐加快。近日,教育部又印发了中小学六学科教学装备配置标准,其中包括《初中化学教学装备配置标准(JY/T0620—2019)》(以下简称《标准》)。《标准》不仅充分吸纳了近十几年来我国化学教学装备研究与实践的新成果,有力呼应了当前素养导向下的教育教学改革对教学装备的新要求,还增加了数字化、微型化等实验仪器,精心筛选出适合初中化学教学使用的能进行数据采集和处理的数字化实验仪器,更新了初中化学实验探究的技术手段。由此可见,国家对于实验仪器的配置更强调时代性,有力体现了加快教育现代化的目标追求。从国家层面来看,初中化学教学装备标准的提出为化学学科现代化指明了方向。国家教育部门应当出台更多有利于教育向着现代化迈进的政策,为各个学科的教学现代化指明方向。从社会层面来看,在国家政策的引领下,社会各界应当积极配合与响应国家的政策,为我国教育现代化贡献力量。随着数字化时代的来临,目前愈加迫切地向出版社提出了新的要求,在做好纸质教材的基础上,大力发展优质的数字化教材资源,成为迫切需求。笔者建议,动员社会各界力量投入到教学资源的研发中,倡导企业与教育机构联合,吸收国外精品数字化资源,研发出更多适合我国数字化教学的教材(精品课程)和装备(仪器)等,形成基于数字化技术的教学资源立体开发格局,为我国的数字化教学注入新的活力,同时尽可能降低数字化资源使用成本,让每所学校都能享用数字化资源。2.学校与教师层面从学校层面来看,学校作为教育教学的重要组织者和领导者,要加快数字化校园建设步伐,建立并完善教育现代化教学领导机制和评价机制。学校要积极为教师提供数字化教学的平台,为教师营造良好的教学环境,定期对教师队伍进行培训。同时,鼓励不同学科的教师合作交流,尤其是信息技术教师与其他学科教师的交流,建立以信息技术教师为中心的数字化教学科研团队,鼓励教师创新教学方式,丰富课堂教学。从教师层面来看,从“三维目标”到“核心素养”,改变的不仅是教学目标,还有教师的教学理念与教学方式。在信息化的大背景下,化学教师要学会利用云平台等网络空间关注并使用优质教学资源,不断提高自身的专业知识能力和信息化能力,在吃透教材的基础上积极探索如何将优质的数字化资源应用于本学科教学。同时,教师应当加强合作交流,不断探索新的教学方式,充分发挥化学学科独特育人功能,实现跨学科综合育人的目标,最终达成培养学生核心素养的目标。互联网时代,在化学课堂教学中,教师要充分整合利用数字化资源,将枯燥的理论知识传授转变为学生带着浓厚兴趣的自主学习;要不断提高自身的信息素养,积极思考如何利用数字化资源提高化学课堂教学效率。

作者:锁玮 吴晓红

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