基于學生活動，在未來教室中讓學習真正發生

倪江紅

摘要：有了技術支撐的學生活動，可以在課堂中不斷地生成問題，使學習過程、結果可視化，學生的能力也在活動中得到發展，讓學習真正地發生，讓學生成為學習的主人。

關鍵詞：學生活動；化學實驗；未來教室；傳感器；呼吸作用

文章編號：1008-0546（2017）07-0036-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.009

一、相關理論

課堂設計的重點應該是學生的學習活動，通過精心設計和組織適合學生特點的多樣化的學生學習活動，讓學生經歷典型的學習過程，掌握學習方法，才能讓學習真正地發生。學習活動指向能力培養，引導學生生動活潑地主動學習，學生的能力在活動中得到發展，通過經歷過程，形成體驗，再內化為經驗。通過外在的活動提升學習內在的體驗，從而提高學生的綜合素養。

“未來教室”基于豐富的數字教學資源和云平臺，實現以學生為中心的個性化學習、探究性學習、協作性學習等新型教學模式，未來教室中的教學秉承“以生為本”的理念，教師不再是知識的灌輸者，而是起到促進作用，師生是共同的學習者。未來教室中的先進設備為師生互動構建了多元回路，為教師關注每一個學生的學習體驗提供了可能。在未來教室中進行學生活動研究，有了充分技術支撐的學生活動，就可以使學習過程、結果可視化。

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學實驗教學中也應注重“以學生發展為本”的教學觀，在教學中應強化對學生創新精神的培養、實驗能力的培養，以及科學方法、科學態度、科學精神的培養[1]。

基于以上理論，筆者嘗試了在未來教室中將傳統的化學實驗教學與數字傳感器技術以及Starc雙板技術相融合，通過師生互動、生生互動、資源共享、解讀曲線變化，在不斷解決問題中進行思維碰撞，讓學生對化學知識由感性認識上升到理性認識，增強化學學科的學習成就感。本文選取了上海教育出版社化學九年級上冊書本第46頁練習與實踐的一道習題，設計成學生活動，進行實踐研究。

二、活動案例：驗證呼吸作用產物

1.活動環節一：學生分組討論，設計方案驗證呼吸作用確實產生了二氧化碳（可以是文字表述或繪圖）。每組選出一個優秀方案，用學生端的IPAD拍攝下來，發送至主屏，全班分享，進行評價。

初次提出方案：

方案①：往澄清石灰水中直接吹氣，看是否變渾濁。

方案②：取兩支試管，裝入等量等濃度的澄清石灰水，一支吹氣，一支鼓入空氣，比較石灰水變渾濁的程度。

師生討論點評：可用澄清石灰水檢驗二氧化碳氣體，人體吸入空氣中本身就含有二氧化碳，呼出的二氧化碳究竟是空氣中原有的，還是呼吸作用的產物？所以設計的方案要排除吸入的空氣中二氧化碳的干擾作用。方案①不可行。方案②設計了用空氣做對比實驗，還注意控制變量，使用了等量等濃度的澄清石灰水。但是如何使呼出的氣體和鼓入的空氣做到等體積呢？還需改進，確保實驗方案確實可行。

學生繼續討論，改進方案……

改進后的方案：

方案③：設計成如圖裝置：人吸氣時，應將活塞A打開，活塞B關閉；人呼氣時，應將活塞A關閉，活塞B打開，觀察到Ⅱ瓶石灰水是否變渾濁。

方案④：取兩支試管，分別收集1試管空氣和1試管呼出的氣體，再分別加入等量等濃度的澄清石灰水，比較石灰水變渾濁的程度。

師生點評：

方案③的靈感來自《化學教與學》第22頁上的一道習題，可以借助瓶I中的石灰水除去空氣中的二氧化碳，而且無需控制吸入空氣和呼出氣體體積相等。但是組裝這套裝置，操作不是很簡便。

方案④收集兩試管氣體，就可以做到吸入空氣和呼出氣體體積相等，空試管中本身就含有空氣，那么如何收集呼出的氣體呢？學生再次陷入了思考中……

經過激烈的探討，同學不停地提出、又不停地否定再修改，最終達成共識，提出了解決方案：可用排水法收集一試管呼出的氣體。

通過第一環節設計方案、點評、修改、再提方案的活動過程，學生認識到科學探究既需要實驗和觀察，又需要進行推理和判斷，他們能在老師的引導下通過小組討論，根據所需要探究的具體問題設計簡單的方案，并不斷完善，具有了控制實驗條件的意識。另外也知道了設計的方案不但要理論可行，還要具有實際可操作性，操作要簡便、現象要明顯。學生的思維層次得到了提升，初步感受到科學探究的嚴謹、也享受到了解決問題的樂趣。

2.活動環節二：學生分組實驗進行驗證，復習排水法收集氣體、滴加液體、振蕩等基本操作，享受實驗成果。

實驗步驟：用排水法收集一試管呼出的氣體，集滿后塞好橡皮塞，另外取一支空試管做對比。然后分別向兩支試管中滴入半滴管澄清石灰水，立即塞緊橡皮塞，上下顛倒搖勻相同的次數，使氣體和澄清石灰水充分接觸，比較石灰水變渾濁的程度。

這一環節的實驗操作比較簡單，學生完成得很是輕松。教師在學生實驗過程中針對操作上的不當之處加以指正。學生在活動過程中充分享受到了用所掌握的基本操作技能輕松解決實際問題的樂趣，這種成就感正是化學教師應該盡力滲透到日常的教學工作中，讓學生體會到學習化學的價值，才能在潛移默化中讓學生愛化學，豐富學生的生活體驗。

3. 活動環節三：數字化實驗改進，利用氧氣、二氧化碳傳感器探究呼吸作用

通過實驗，驗證了呼吸作用確實產生了CO2，但是無法清楚地了解 CO2、O2含量變化的情況。

點擊Starc外部工具，在雙板副屏上打開威尼爾傳感器軟件，將氧氣傳感器和二氧化碳傳感器置于密封袋中，由一位學生負責呼氣，同時點擊采集。然后將曲線圖分享到學生手中的IPAD上，由學生分析數據，進行解讀。在副屏上呈現如右下圖的兩條曲線。

學生解讀曲線變化：呼出的氣體中二氧化碳含量由0.03%上升到0.35%，證明了呼吸作用確實產生了二氧化碳；氧氣含量由21%下降到18.3%，氧氣并未完全耗盡。實驗結果與書上數據基本吻合。通過數據測定結果我們可以避免這樣一個誤區，認為呼吸作用吸進去的是空氣呼出來的全部是CO2。至于呼出氣體中氧氣含量為何沒降低到0，這是因為肺一分鐘呼吸 60 多次，氧氣不可能在短時間內被完全吸收并轉化。

通過傳感器采集到的數據并以曲線的形式呈現在學生眼前，讓呼吸作用的過程可視化，將學生的生活經驗與活動經驗結合起來，可以有效促進學生對化學知識的掌握。同時也培養了學生分析數據，解讀曲線變化趨勢的能力。

4. 活動環節四：進一步探究植物的呼吸作用

提出問題：進入久未開啟的菜窖容易發生事故，是什么原因？植物呼吸會產生二氧化碳嗎？

設計裝置，模擬密閉環境中植物進行呼吸作用。筆者定制了一個塑料容器，容器蓋子上有兩個孔，直徑與氧氣傳感器、二氧化碳傳感器一致，能形成密閉的空間。將一顆娃娃菜置于容器中， 再將容器放置在紙盒中，避光保存，然后采集數據。由于植物呼吸需要長時間才會出現明顯的變化，所以這一環節在解決了實驗裝置分析后，播放事先錄制好的視頻資料，再將曲線圖分享到學生的IPAD上。

得出結論：植物細胞也要進行呼吸作用。只是相比人的呼吸作用，植物呼吸作用速度比較慢，短時間內難以測出氣體含量的變化。但是在密閉空間中長時間持續作用后，空氣中的二氧化碳含量也會顯著增大，所以進入久未開啟的菜窖需做燈火試驗，避免發生事故。

到此學生對呼吸作用應該是具有比較清晰的認識了，再給出一段資料，讓學生的認識提高一個層次。

資料鏈接：呼吸作用是生物體細胞把有機物氧化分解并產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸。生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。有氧呼吸是高等動物和植物進行呼吸作用的主要形式，因此，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。

最后以葡萄糖（C6H12O6）為例，在IPAD上寫出其與氧氣反應發生呼吸作用的化學方程式，鞏固書寫方程式的技能。

三、結語

化學中每一項重大發現和重要規律都是建立在化學實驗基礎之上的，本活動案例重視化學學科的學習特點，以實驗為基礎，將傳統實驗和數字化實驗相結合，充分發揮未來教室的先進技術，將學生對呼吸作用的感性認識上升到理性認識。在未來教室中，通過學生活動，增加學生自主思考、自主學習的時間和空間，提高學生的參與度，學生的能力也在活動中得到發展，讓學習真正地發生，真正成為學習的主人。

參考文獻

[1] 王程杰.中學化學實驗教學應以學生發展為本[J].化學教學，2001，9

[2] 章小波.做科學——《義務教育化學課程標準（2011年版）》基本理念的一點解讀[J]. 化學教育，2013，2