無線同屏技術下初中科學數字化教學案的實踐研究

王盛之 陳伊凡

摘 要：面對數字時代教學面臨的挑戰，運用無線同屏技術與基于數字化教學案的智慧課堂互動教學系統，以“二氧化碳的應用”的教學設計與實踐為例，實現信息技術與科學教學深度融合，有助于提高科學教學效能，提高學生科學素養。

關鍵詞：無線同屏；數字化教學案；二氧化碳

當今世界，科技進步日新月異，互聯網、云計算、大數據等現代信息技術深刻改變著人類的思維、生產、生活、學習、交往方式。數字時代，通過互聯網，師生可以獲得無窮多的信息，如何讓師生合理運用相關技術手段，準確高效地獲得自己所需信息？基于技術的創新是“互聯網+”的特點，我們通過運用無線同屏技術與基于數字化教學案的智慧課堂互動教學系統，較方便地實現信息技術與科學教學深度融合，體現無邊界的以生為本的互聯網教學思維，既能減負增效，又有利于發展學生的核心素養。

一、數字化教學案的內涵解析

“數字化教學案”是基于“互聯網 +”的課堂教學方案。借助互聯網、云計算、大數據，師生通過使用智能終端運行，運用相關的應用平臺軟件，實時實現教學信息的采集、分析、處理，進而實現實時的互動的教學反饋，提高教育教學效能。[1]

運用無線同屏技術輔助科學課堂教學，需要一個大屏幕顯示器（絕大部分學校都已配備），一臺平板電腦再加上一個無線同屏器，就能以較少的硬件投入及時拍照交流和反饋課堂中學生的作答情況，直接用手或手寫筆在平板上作答，并同步投影到屏幕上交流分享，及時地記錄并較為清晰地投影教師演示實驗、學生實驗到大屏幕上供交流分享等，結合“互聯網+”智慧教學系統的數據，從而達到以“數字化教學案”為載體的線上線下混合學習，以智能化教學促進個性化學習。

二、數字化教學案的設計與實踐

數字化教學案的設計主要圍繞六個核心要素：學情調查、目標問題、交流展示、學能監測、反思評價、拓展提高。課前根據課程標準，結合學生學情調查結果制定教學目標，充分關注學生已有的前概念，確立目標問題；課中交流展示，師生充分互動，突出重點，突破難點，并及時進行學能監測獲得教學反饋；課后進行反思評價，并針對學生學能監測情況進行針對性的拓展提高訓練。在教學中，遵循體現核心要素的原則，層層推進，提高學生學習的積極性，以智慧教學系統為平臺，關注每一個學生的核心素養的發展；利用無線同屏技術，真正體現以學生為主體，實時交流反饋，提高課堂效率。基于數字化教學案的智能化教學個性化學習途徑[2]如圖1所示。

（一）學情調查

美國教育學家奧斯伯爾曾提出“影響學生學習最重要的因素是學生頭腦中已有的知識，教師應根據學生已有的知識進行教學。”學生的頭腦中并不是一塊白板，教師應善于并勤于調查學生頭腦中的前概念，通過學情調查，一方面喚起學生頭腦中的已有認知，激發學生的求知欲；另一方面及時暴露學生的問題，從而更精準地確定教學的起點，促進因材施教。

以我們設計執教的浙江省教育廳百人千場“二氧化碳的應用（復習）”示范課為例。備課之前的學情調查首先設置5道選擇題，內容分別為二氧化碳的性質、二氧化碳的應用、二氧化碳性質與應用（共2題）、二氧化碳的功與過，請學生在課前完成。通過智慧教學系統，實時反饋學生的作答情況，找到學生的不足，為實施針對性的教學做好鋪墊。考查內容的知識維度及對應的作答情況如圖2所示。

在上課之初可請學生盡可能多地寫出與二氧化碳有關的化學方程式。請學生閱讀教學案學情調查部分，選擇幾個典型答案用平板拍照并交流分享。再引導學生找出各個反應的聯系，找到其中的碳循環（如圖3），對原有知識進行概念圖式的復習梳理。

再將目光聚焦到有二氧化碳參加反應的化學方程式中，引發學生思考：從這些化學方程式中，你能找到一些體現二氧化碳用途的蛛絲馬跡嗎？從而引導學生通過化學反應復習二氧化碳的用途，體現性質決定用途的思想。并讓學生判斷這些用途利用了二氧化碳的物理性質還是化學性質，從而明確物質的性質分物理性質和化學性質。例：二氧化碳能和水反應生成碳酸，利用二氧化碳這一化學性質我們可以制作碳酸飲料。二氧化碳還能和水在光照條件下在葉綠體中進行光合作用，生成有機物與氧氣，同時把光能轉化為化學能為我們人類生存提供食物與能量。

【同屏功能使用分析】拍照及時反饋學生化學方程式的作答情況，并進行個別分析，分析時直接在平板上書寫，實時同步到大屏幕上。直接請學生在平板上書寫圖3方框內的內容，及時總結反饋，非常直觀又節約了大量的時間。提問“這些用途都利用了CO2的（物理/化學）性質”時，可直接在PPT“化學”兩個字上打鉤，清晰直觀，而不是PPT預設好學生回答結果并進行顯示，體現了更多的主觀能動性。

（二）目標問題

課堂中離不開問題的提出和解決。教師根據教學目標、教學重難點和學情調查的結果（學生學情），設置基于學生“最近發展區”的目標問題，以問題驅動學生的求知欲，同時學生對重難點也有了更清晰的認識。目標問題的設置在充分考慮教學目標、教學重難點和學生學情的同時，還應充分考慮問題的情境，應是生動的、有趣的問題，而非生硬的、脫離實際的的問題。

（1）你見過“干冰”嗎？干冰有哪些用途？

（2）二氧化碳能滅火嗎？

（3） 一高一低兩支燃著的蠟燭上蓋一只燒杯， 猜一猜哪一支蠟燭先熄滅？

基于目標問題，進行教學設計。整節課應圍繞兩個目標問題展開探究學習。

（三）合作交流

在學生獨立思考自主學習有困難的情況下，組織學生合作探究展示交流，線上線下有機結合混合學習。該環節引導學生進行交流與合作，并為學生搭建平臺對探究結果進行展示。小組內成員應各有任務，通力合作，集思廣益，達到較好的探究效果。

1.實驗探究一

[ 干冰加到水里 干冰上點蠟燭 現象 原因 結論 生活中應用 ]

2.實驗探究二

[ 現象 原因 結論 生活中應用 ]

教學案中交流展示部分圍繞著以上兩個表格的內容進行。教師演示干冰加到水里的實驗，請學生觀察現象。請學生科學地解釋是否是“沸騰”現象；產生的是“白煙”還是“白霧”；這煙霧繚繞的物質是“水”還是“干冰”。提供資料：二氧化碳的物態變化溫度和壓強圖。分別展示三張干冰制造舞臺效果、干冰降雨、干冰食品保鮮的圖片，請學生回答分別具體利用了干冰的什么性質，這些性質屬于物理性質還是化學性質。

為了自然地過渡，展示一張有一杯紅酒和未點燃的蠟燭的圖片，提問學生如何制造浪漫的氣氛，學以致用。比如：在紅酒中放入干冰；將蠟燭點燃，浪漫燭光晚餐。教師播放視頻，視頻中的蠟燭始終點不燃。請學生猜測原因，引出二氧化碳是不助燃的。從而引導學生回顧新課時傾倒二氧化碳的實驗，請學生回答實驗現象和結論，引出二氧化碳可用作滅火劑，復習二氧化碳滅火劑的適用范圍。教師提問：鎂等活潑金屬燃燒能用二氧化碳滅火嗎？播放鎂燃燒引起的火災視頻，學習消防人員傳授的知識。從而對之前的結論進行完善：二氧化碳在通常情況下不助燃。借此再復習滅火這一部分的內容，進一步理解幾種滅火方法。

結合生活實際，介紹幾年來全國發生火災的情況，提出問題：火災無情，該如何逃生？建立模型，展示一高一低兩支燃著的蠟燭上蓋一只燒杯的圖片，提問學生哪一支蠟燭先熄滅。請學生提出猜想，并組織學生實驗進行探究。學生都知道二氧化碳密度比空氣大，會沉在底部，而上面的蠟燭先熄滅的實驗結論引發了學生的認知沖突。啟發學生進行思考，得出更為科學的表述：通常情況下，二氧化碳的密度比空氣大。熱的二氧化碳的密度比空氣密度小。最后結合濃煙向上走的推斷，得出火災時要匍匐前進的結論，真正做到了學以致用。

接著對知識進行延伸：播放“死狗洞”視頻，提問：為什么狗死了，人沒事？充分調動學生思維，提高了利用所學知識對具體的情境進行分析的能力，也對知識進行了鞏固。同時也進一步思考二氧化碳的密度與溫度的關系，引發性質、結構、條件相互關系的哲學思考等。

為考查學生對二氧化碳具體性質與用途的對應關系，設計PPT，左側為用途，右側為性質，請學生先對性質進行歸類（物理性質、化學性質），再將用途與對應的性質連線。

在教會學生知識的同時，力求教會學生學習的方法，授之以漁。將學習科學知識的方法與學生交流，并展示到大屏幕上。最后與大家分享，由溫室效應的例子和科學家對二氧化碳的研究，引導學生得出結論：二氧化碳有利也有弊，要辯證地看問題，再一次引發哲學思考。

【同屏功能使用分析】在教師演示干冰放到水里的實驗時，利用同屏技術將影像同步到大屏幕上，確保所有同學都能看得清楚。在學生小組合作進行高低蠟燭誰先滅實驗時，教師及時拍攝學生在實際操作時存在的問題以及實驗的現象，方便糾正和交流用。在用途與性質連線時，請學生直接在平板上連線，同步顯示到大屏幕上，及時交流反饋。

（四）學能監測

學習能力（學能）是一種迅速掌握學習內容并持久保存的能力。學能監測是對學習能力的監管和檢測，可以檢查每一個學生對每一個問題的學習效度。根據教學目標設置問題，對學生進行“紙筆測驗”，這里的紙筆測驗非傳統的紙筆測驗，而是依靠數字化教學平臺，在平板中完成，并實時反饋結果。檢測教學效果的同時監控每個學生的學習情況，記錄到成長檔案袋中，關注每個學生的發展。學生可以登錄平臺反復看自己的答題情況，查看每一道題的詳細解析，如果必要可將題目收藏。通過查看解析，再對知識點進行學習，并做一道相同知識點的智能推送題，檢驗是否掌握該知識點（見圖4）。

（五）反思評價

學會反思評價是感受成功享受成長的重要要素。通過對教學活動的有關數據進行分析和建模，對結果進行評估，發現學生潛在的問題，并進行反思預測。通過學習分析，移動學習，激趣增智，創生智慧！

【反思】

1.聯系二氧化碳的物理性質與化學性質，如何理解“結構——性質——用途”之間的關系？

2.如何利用“建模”思想進行科學研究？舉例說明。

3.進一步思考二氧化碳的“功與過”，如何利用二氧化碳造福人類？

【評價】

利用實時反饋系統，學生監測情況能及時地通過“云平臺”進行匯總處理和系統后臺存儲智能分析，形成形象直觀的數據報表（見圖5），幫助教師及時了解每個學生的實時學習狀況和課堂教學的達成度。

（六）拓展提高

學生的學能有差異，學習要充分考慮教學目標的達成，也要充分考慮學生個體之間的差異性。根據學能監測結果所體現的個性差異，決定其是否要進行拓展提高或者選擇性地布置課外彈性分層作業。

（1）跟爸媽一起觀看“干冰造霧”實驗視頻，向爸媽解釋這種現象的原因。

（2）觀看老師自制的“神奇的塑料瓶”實驗視頻，試著分析塑料瓶里的液體是什么，過程中發生了哪些物態變化，并總結做這個實驗時要注意什么。

（3）畫二氧化碳用途的思維導圖。在線查閱“溫室效應”，做“低碳生活”的宣傳活動。

三個問題分別推送給學能監測正確率為60%及以下的、60%到80%的、80%及以上的同學，做到智能化分層作業。

三、數字化教學的成效與思考

無線同屏技術硬件設備投入較小，可在學校內鋪開使用。該技術的合理使用，有效地提高課堂效率，幫助教師在既定時間內較好地完成教學任務，達到教學目標；同時，促進了師生、生生之間的交流，利于及時地反饋。再次，大大激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習主動性。無線網絡條件較好的學校，可以建立基于數字化教學案的智慧課堂互動教學系統，實時關注每個學生的個性化發展。數字化報表及時反饋了學生的學習情況，并根據其情況進行解題指導，智能推送針對性的習題，鞏固知識。減輕教師負擔的同時，教與學更加地精準和有效。多年的實踐證明，課堂呈現新景象，線上線下個性互動成為主旋律，教學反饋更及時高效，作業大變臉，讓學生學會主動學習，手握大數據，教育教學更科學高效。今后重點在針對每一個學生的思維障礙智能推送個性化學習服務，通過智能平板直接上傳學生作業方面作升級研究，提高智能化教學促個性化學習水平，同時在學生非智力因素測評、綜合素質評價方面再做進一步研究與實踐，為建設智慧學校、發展智慧教育做出進一步貢獻。

參考文獻：

[1]王盛之，毛沛勇.基于數字化教學案的智慧課堂互動教學系統實踐研究[J].教學月刊（教學管理），2014（4）：51-55.

[2]王盛之.智慧教師與智慧課堂[M].上海：上海教育出版社，2017：113-114.