基于初中化學虛擬實驗的“雙案”教學設計

張學軍 梁相梅

[摘要]在國家大力提倡素質教育的今天，教案設計變得尤為重要。文章首先從傳統教案的現狀出發引出“雙案”教學，然后在分析“雙案”教學的基礎上，提出了虛擬實驗環境下“雙案”教學設計的新模式，并以初中化學虛擬實驗為例給出了具體案例設計。

[關鍵詞]教案；學案；雙案；虛擬實驗；教學設計

[中圖分類號]G420[文獻標識碼]A[論文編號]1009-8097(2012)01-0113-06

一、引言

化學實驗是化學教學中的一個難點，也是培養學生化學能力的重要途徑。為了更好地實施教學，編寫教案就成了上好課的關鍵步驟之一，但是傳統教案在教學過程中存在注重教材內容而忽視學生實際情況的缺點。為了彌補其不足，近些年提出了“雙案”教學。隨著網絡教學的普及和信息技術的發展，虛擬實驗進入了課堂教學，但是關于虛擬實驗的教案設計鳳毛麟角，其“雙案”教學設計更是空白。在虛擬實驗教學日益普及的今天，教師該如何利用虛擬實驗進行教學，使虛擬實驗貫穿于整個教學過程的始終，而不是僅僅作為教師演示的工具呢?筆者認為虛擬實驗“雙案”教學勢在必行。

二、傳統教案現狀分析

教案是教師為順利而有效地開展教學活動，根據教學大綱的要求，以課時或課題為單位，對教學內容、教學步驟、教學方法等進行具體的安排和設計的一種實用性教學文書。教案也稱課時計劃，通常包括：班級、學科、課題、上課時間、課的類型、教學方法、教學目的、教學內容、課的進程和時間分配等。教案在教學中起著非常重要的作用，但是在提倡素質教育的今天，單一的教案教學存在一些不能忽視的問題，筆者在進行大量文獻分析的基礎上，將出現的問題歸納如下：

1.教案的設計注重對教材內容的梳理，很少考慮學生個體學習情況

傳統教案是教師在精心分析教材內容的基礎上對知識結構、教學內容順序及其教學過程制定的一個實施方案。教案注重教師對知識內容的梳理和組織，但忽視了教師對學生個體情況的考慮。教案導致教師在實際的教學過程中形成了“滿堂灌”，只注重“教”的過程，忽視了學生“學”的效果及接受消化知識能力的差異。“滿堂灌”教學容易使學生形成優劣差距，優等生緊隨其后，差生濫竽充數，使差生喪失對學習的信心。

2.教案的設計注重知識的傳授，缺少對學生參與活動的設計

在應試教育的影響之下，教師教案的設計只是為了能夠很好地完成教學任務，達到教學目標，使學生考出一個好成績就是教師最大的榮譽和收獲。在設計教案的過程中，教師考慮的只是自身“教”的活動，很少設計到學生“學”的活動。教師是整個教學過程的主導者，忽視了學生的主體地位，使學生的主觀能動性受到一定的限制，容易形成思維定勢。但是在素質教育的今天，教師要傳授給學生的不僅是知識與技能，更重要的還要培養學生“會學”的能力。教師不能只關注“學會”而忽視了“會學”。古人云“授人以魚，不如授人以漁”說的就是這個道理。在整個教學過程中教師和學生處于同樣重要的地位，教學只有通過學生積極主動的參與，才能使教師的“教”變得更加靈活。同時，也只有學生充分地發揮能動性，才能反映出教師教學能力水平的高低和教學效果的好壞。因此學生活動的設計可以幫助教師實現“因材施教”，而不是一個模式的固定教學。

3.教案設計忽視了教學中師生之間和生生之間的交互

在不少教案中，無論是師生之間還是生生之間的交互都較少設計到。原因大致如下：首先，教師為了完成教學進度忽略了交互的設計。應試教育要的是學生的成績，教師的評估看的也是學生的成績，所以教師的教學目的就是為了提高學生的成績。其次，教師教學任務繁重，中小學教師每天都會有大量的教學任務，在自己有限的備課時間里很難去考慮較多的交互設計，只是為了明天的教學做點準備。再次，教師教案形式固定，很少變更，抄教案現象明顯，寫教案只是為了應付檢查。種種情況導致了教師的教案缺乏對交互的關注，但是交互的作用又是教學不能忽視的，師生之間的交互可以讓教師反思與變化教學，從而改進教師的教學。生生之間的交互能夠體現學生協作與溝通的能力，互幫互助，使教學成效整體上升。

三、“雙案”的提出

面對傳統教案在實際教學中出現的一些弊端，在素質教育和新課改的背景之下，“雙案”教學模式浮出水面。教案和學案合在一起簡稱“雙案”，其中“學案”是指教師依據學生的認知水平、知識經驗，為指導學生進行主動的知識建構而編制的學習方案。學案實質上是教師用以幫助學生掌握教材內容，溝通學與教的橋梁，也是培養學生自主學習和建構知識能力的一種重要媒介，具有“導讀、導聽、導思、導做”的作用?！半p案”教學體現了雙主教學的思想，要求以教師為主導、學生為主體，通過教師的引導使學生最大限度地參與到教學的全過程當中，充分地發揮學生學習的積極性、主動性、能動性等作用?！半p案”教學教給學生的不僅是知識，更重要的是培養學生自主學習的能力。“雙案”教學體現了教學過程中“學教并重”、“教學相長”的思想，并且是以建構主義理論、教與學的理論為基礎的。

近些年出現了“雙案”教學的研究，其中“單元‘雙案教學模式的研究及在高中物理課程中的試用”、“高中地理‘兩案設計與實施策略研究”等文獻對“雙案”教學做了比較全面的分析和研究。上述文獻對“雙案”在教學過程中的應用和實施做了較好的設計，圖1、圖2是其設計的模式結構圖：

從圖1和圖2中可以看出，兩種模式都體現了學生的主體地位，體現了學生自主學習的因素，這是二者共同的也是值得借鑒的地方。但是圖1將教師的作用減輕了，重頭戲放在了學生的自學上，忽視了教師的主導地位，教師的作用只體現在師生共探環節。圖2中教師和學生的聯系較圖1緊密，但是學生的自學發生在課前，形成教案和學案的脫節，也就是沒有將教案和學案統一地應用在教師的整個課堂教學過程當中，教師的主導作用仍然不夠。但是任何形式的學習都離不開教師的引導，特別是對學習定向還很不明確的初中生來說更是如此。教師是學生學習的引導者、促進者，沒有了教師的引導，學生的學習只會走彎路、走遠路，還有可能形成事倍功半的反效應。要想實現高效率的學習，必須將教師的教和學生的學相統一整合。筆者在借鑒前人研究“雙案”教學的基礎之上，對虛擬實驗環境下的“雙案”教學提出了圖3所示的教學模式。

這里對虛擬實驗環境下的“雙案”教學模式的意義進行簡要說明。首先，它將教師的主導地位和學生的主體地位都體現了出來，學生的學習是在教師的引導和組織之下進行的，避免了學生自學時的盲目性。其次，教學中對實驗的觀察、訓練和對問題的探索、分析和總結都是在學生操作實驗的過程中形成的，充分發揮了學生的主觀能動性。再次，教師的教和學生的學是在課堂中發生并完成的，教師能夠隨時解決個別學生的個別問題，這樣對教師的教學也有一定的促進作用。最后，在教學過程的設計中還加入了小組學習的形

式，可以對差生的學習起到一定的幫扶作用。

四、氫氣還原氧化銅虛擬實驗“雙案”設計案倒

“氫氣還原氧化銅”虛擬實驗的設計是按照教師為主導、學生為主體的思想進行的。在整個設計過程中吸取了以往虛擬實驗設計的優點，并且彌補了其缺點。實驗包括教師、學生、管理者三大模塊。教師模塊是針對教師的教進行設計的。學生模塊是針對學生的學進行設計的，其中包括實驗準備、實驗操作、實驗報告填寫、實驗報告批改查詢、實驗作業、實驗拓展等內容。管理者模塊主要負責虛擬實驗平臺的后臺管理。我們的虛擬實驗不是一個簡單的演示模塊，它是一個全面的、系統的實驗平臺，在學生操作實驗的過程中會動態地記錄學生實驗儀器和藥品選擇的結果、實驗裝置組裝的結果、實驗參數調整的結果、實驗現象觀察的結果、化學方程式書寫的結果等內容。實驗完成后增加了實驗報告填寫，其報告是半自動生成的(由學生在實驗操作時完成且計算機自動獲取并填寫的客觀部分和實驗報告中需要手工填寫的主觀部分組成)。虛擬實驗是在全面的教學設計分析的基礎上進行的，虛擬實驗設計架構如圖4所示，虛擬實驗截圖如圖5所示。

下面是“氫氣還原氧化銅”虛擬實驗“雙案”教學設計案例：

教學過程：

1.導入新課

通過上節課的學習，同學們知道了氫氣具有可燃性，那么氫氣還有沒有別的化學性質呢?我們知道任何物質的性質都不是單一的，就像是同學們一樣，每個人的優點或特長都不是唯一的，那么這節課老師將和同學們一起去探索氫氣的另一種化學性質，它的另一種化學性質究竟是什么呢?

2.學習新課

(1)情境創設，學生探索學習

教師展示虛擬實驗平臺中教師講解模塊中的實驗演示部分(包括真實實驗的視頻錄像和以往的Flash動畫實驗)，教師在展示實驗、學生觀看實驗的情境創設過程中，對學生提出以下導向問題：

1)實驗開始前，做了那些準備工作?

2)實驗中做了哪些工作?觀察到的實驗現象有哪些?

3)實驗完成后又做了哪些工作?

4)實驗得出了怎樣的結論?

演示觀察完成以后，請同學們對以上問題做出回答?

(學生答：實驗開始前儀器的安裝、藥品的取裝……實驗過程中有水珠生成……實驗完成先撤酒精燈……等等)

(2)教師梳理知識并引導(教師主導)

教師根據同學們的回答，肯定正確的，糾正錯誤的，并將知識梳理如下：

1)實驗中儀器的組裝順序及正確的位置

實驗儀器組裝的時候要依據從下往上，從左到右的順序，試管要略向下傾斜，導管要通入試管底部并且要在藥品的上方。(展示實驗演示部分內容)

2)實驗中藥品的取裝方法

實驗中藥品取出后先平放入試管口，然后傾斜試管使其慢慢滑入試管底部，并蓋上藥品蓋。

3)實驗過程中的注意點(真實錄像和Flash演示都會有所提示)

先通氫氣后加熱。目的是排盡試管里面的空氣，防止生成的銅繼續被殘余的空氣氧化。加熱之前要給試管進行預熱，以防局部受熱引起試管底部炸裂。實驗完成后要先熄滅酒精燈，后停止通入氫氣，以防銅被氧化。

4)實驗現象

按照同學們的回答將實驗現象總結如下：實驗過程中黑色的氧化銅逐漸變成什么顏色的金屬銅?并且觀察試管壁前后反應的變化。

5)實驗結果

通過實驗展示，同學們會發現氫氣具有還原性。下面請同學們自行操作。

(3)教師提供虛擬實驗學習環境，學生進行虛擬實驗操作。(學生主體)

同學們用自己的學號和密碼進入虛擬實驗學習環境后選擇操作模塊進行虛擬實驗操作，操作過程中同學們要注意實驗要點。并且實驗過程會將同學們的主要實驗操作內容動態地記錄下來，希望同學們認真地完成實驗操作。實驗操作過程部分畫面截圖如圖6所示。

(4)學生填寫實驗報告(學生主體)

學生在完成實驗操作后進入實驗報告填寫部分，認真地填寫實驗報告，將你在做實驗過程中遇到的問題和實驗注意點認真規范地填寫在實驗報告中。部分實驗報告填寫內容已經在同學們做實驗的過程中動態生成，無需填寫。填寫完成后請同學們提交實驗報告。實驗報告填寫部分如圖7所示。

(5)教師組織學生分組討論(學生主體)

教師在確定了同學們的實驗報告都提交完畢以后，將學生進行分組，進行小組協作討論式學習。在討論交流學習的過程中將遇到的問題的疑難點按照下面表1形式做總結。

教師在學生討論的同時進行實驗報告的批改，將實驗報告中呈現的問題與同學們小組上交的學習問題歸納總結后一一做詳細的講解，以達到使每個同學都能領會和理解。

(6)教師組織學生溫故知新(實驗操作不做記錄，學生自主學習)

為了達到同學們對知識和實驗操作過程的全面掌握，請同學們再次進入虛擬實驗學習環境進行學習。這次同學們從實驗準備進入，依次進行學習，在15分鐘學習時間內完成“實驗準備”和“實驗操作”的二次學習，達到溫故而知新的效果。

(7)完成實驗作業

同學們認真學習之后請完成實驗作業并且提交，一天后查閱自己完成作業的情況。

(8)實驗拓展，形成知識遷移

同學們在學習完了本節課的內容后學有余力的同學可以進入實驗拓展部分進行興趣學習，讓同學們看到生活中的化學，看到化學給大家帶來的五彩繽紛的生活，大家一起熱愛科學，熱愛生活，爭取讓科學帶給我們更加豐富的生活。

(9)教師總結反思，修改教學

教師根據同學們掌握知識內容的程度和效率，對自己的教學進行一定的評估，并且寫出自己的教學心得。每個教師面臨的不是一個班，面對不同的班級，教師要從一個班代課的經驗中總結后續教學的經驗，也就是要具備“窺一斑而知全豹”的能力。教師課后反思按照下面表2形式做總結。

虛擬實驗的“雙案”設計既注重了教師的主導地位，又強調了學生的主體地位，在教師的整個教學過程中以學生的自主訓練為主線，培養了學生自主學習、探索新知識的能力，并且在學習過程中加強了同學之間相互協作能力的培養?！半p案”教學在課堂教學中的實施，不僅對學生進行了很好的引導作用，而且對教師完善自己的教學起到了很大的作用，有利于新課改背景下素質教育的進一步完善和發展。

基金項目：本文受教育部人文社會科學研究規劃基金項目“初中化學網絡綜合虛擬實驗教學平臺的開發與應用研究”(編號：10YJA880182)的階段性研究成果。

作者簡介：張學軍，西北師范大學教育技術與傳播學院，教授，博士。研究方向：信息技術與教育。

收稿日期：2011年8月5日

編輯：小禾