利用數字化教學資源設計組織學生活動

陸高原

摘要： 從利用數字化教學資源支持學生活動的視角，進行“1mol氣體體積測定的再研究”課堂教學設計，運用“在線共享文檔”實現對學生學習活動的管理、活動進程的反饋、學習情況的記錄等教學功能，為教師開展指導、提問、評價、時間分配等教學行為提供豐富的數據信息依據，提高課堂教學的效益。

關鍵詞： 數字化教學資源; 1mol氣體體積測定; 課堂教學

文章編號： 1005-6629（2020）03-0045-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題的提出

課堂教學過程是由一系列教學活動構成的，“學生的主體”地位和“教師的主導”作用需要在具體的教學活動中體現出來。傳統的多媒體課件作為一種信息化教學環境下常用的教學方法和手段，在學習情境創設、教學內容呈現、動態過程展示等方面為教師教學提供了幫助和支持[1]。在現今數字化時代，教師的信息化教學行為主要還是設計制作多媒體教學內容進行呈現和演示，其設計的重點落在對教學內容的加工上，課堂教學信息化僅僅是數字化教學資源的呈現。數字化教學資源還遠沒有成為教師組織管理課堂教學以及支持學生學習活動的工具[2]。

2018年4月，教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》提出，目前教育信息化還存在的問題之一是： 數字化教育資源開發與服務能力不強，信息化學習環境建設與應用水平不高。因此，要繼續深入推進“三通兩平臺”，實現三個方面的普及應用。“寬帶網絡校校通”實現提速增智，無線校園和智能設備應用逐步普及。“優質資源班班通”和“網絡學習空間人人通”實現提質增效，在“課堂用、經常用、普遍用”的基礎上，形成“校校用平臺、班班用資源、人人用空間”的格局。課堂教學信息化不僅是教學內容的數字化，也是學習方式、教學方式、組織方式的信息化。傳統概念中的多媒體課件已經無法承擔起課堂教學信息化的重任，必須對課堂數字化教學資源的功能進行拓展，使其成為教師組織管理課堂教學的工具，特別是成為支持學生學習活動的工具。

基于以上思考，本文以“1mol氣體體積測定的再研究”課堂教學為例，開展如何利用數字化教學資源組織學生學習的教學活動。

2? “1mol氣體體積測定的再研究”教學設計

2.1? 教學分析——應用數字化資源確定學生學習的最近發展區

“1mol氣體體積的測定”是上科版高中二年級《化學》第十章第一節，本節課是第二課時。根據《上海市高中化學學科教學基本要求》，本節知識學習水平要求： D級（綜合）;技能學習水平要求： C級（設計）。前一課時，學生學習了實驗的原理和實驗步驟，并用“氣體發生器+儲液瓶+液體量瓶”裝置（見圖1）做了實驗。

圖1? 化學反應氣體體積測定儀

為了了解學生對測定1mol氣體體積的實驗原理和實驗操作步驟的理解掌握程度，確定學生學習的最近發展區，課前布置學生以學習小組為單位，設計1mol氣體體積測定的實驗裝置和步驟，并將實驗裝置圖和步驟上傳到“在線共享文檔”，部分小組上傳的實驗方案見圖2。

圖2? 第一和第五組學生上傳的1mol氣體體積測定的實驗方案

利用數字化教學資源——“在線共享文檔”的支撐，實現師-生、生-生之間對實驗方案的交流和討論。從學習小組優化實驗方案等活動，教師了解到學生對實驗步驟設計的內在原因理解尚不夠深刻，尤其是對此定量實驗中提高數據“準確性”、保證被測氣體的壓強等于大氣壓、確定被測氣體冷卻至室溫的方法和具體實驗操作還不夠熟悉，從而確定學生學習的最近發展區，以及本節課的教學目標。

2.2? 教學目標——體現數字化教學資源支撐下學生活動的目標導向性

（1） 學會設計測定1mol氣體體積的實驗方案，學會測定1mol氣體體積的實驗操作，能夠比較和評價各種1mol氣體體積測定方案的優缺點。

（2） 在測定1mol氣體體積的實驗活動過程中，發現和體會排水法測量氣體體積裝置的特點，以及實驗條件的控制對完成科學實驗及探究活動的作用。

（3） 通過開展測定1mol氣體體積的活動，體驗合作研究的過程，養成注重事實、嚴謹求實的科學態度，增強團隊意識，養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神。

2.3? 教學策略——體現數字化教學資源支撐下學生活動的高效性

本節課從學生已學過的“測定1mol氣體體積”實驗原理、裝置、步驟等知識的基礎上，再設計更精準的實驗裝置，優化實驗步驟。設計學生活動時摒棄以往化學課堂中教師為主角“說化學實驗”，學生被動接受的做法，采用把學習設置到有一定梯度的、有意義的活動中——如何提高“測定1mol氣體體積”實驗的準確性，組織學生小組先在已有基礎上設計測定1mol氣體體積的實驗方案，并進行實驗操作活動，將測定的實驗數據通過每個小組的移動數字終端輸入數字化教學資源——“在線共享Excel文檔”中。Excel文檔中已設置好了數據處理公式，可自動計算每個小組的實驗值和實驗相對誤差。學生在實驗操作活動中能自己發現問題，體驗到實驗方案的預期和真實的實驗操作、實驗結果有比較大的差距，從而激發學生優化實驗方案和動手操作的欲望，進一步動腦思考、分析問題，改進優化方案，再按照新的方案開展實驗，提高實驗效率和“精準度”。學生在體驗合作學習活動的過程中，養成嚴謹求實的科學態度、敢于質疑和勇于創新的精神，增強團隊意識，從而提升學生“科學探究與創新意識”和“科學態度與社會責任”的化學學科核心素養。

3? “1mol氣體體積測定的再研究”教學過程

活動一： 動手實踐——分組開展實驗，利用“在線共享Excel文檔”分析數據

[教師]上節課，同學們體會到用“化學反應氣體體積測定儀”測定1mol氣體體積，操作復雜、誤差較大。所以，現在請各小組成員明確分工、密切配合，按照新設計的實驗裝置和操作步驟進行實驗，看哪一組實驗做得又快、數據又準確。

[學生活動]各小組成員合作進行實驗，完成實驗后自己將實驗數據填入“在線共享Excel文檔”。（經計算，大多數小組的相對誤差超過了1%，還有兩組因裝置漏氣實驗失敗，見圖3）小組成員討論實驗誤差產生的原因，并填入“在線共享Excel文檔”中，進行小組間的交流。

圖3? 第一次實驗后各小組上傳到“在線共享Excel文檔”的數據及自動計算的相對誤差

設計意圖： 學生根據設計的實驗方案動手實驗，原來信心滿滿。借助數字化教學資源——“在線共享Excel文檔”快速計算、交流實驗結果，學生挫折感倍增，激發了學生分析誤差原因、再次優化實驗方案的動機。6個小組借助數字化教學資源快速、全面地交流產生實驗誤差的原因，也是相互學習、借鑒的過程。教師運用數字化教學資源管理學生活動，了解各小組學生實驗進程及情況，實現課堂時間管理，提高課堂教學效益。運用“在線共享Excel文檔”同時記錄學生學習情況，為開展對學生學習行為的分析提供基礎數據。

活動二： 動腦分析——利用數字化教學資源確定改進、優化實驗方案的突破口

教師通過查閱各小組“在線共享Excel文檔”中的“誤差原因”，發現主要是三方面的原因，一是未檢查裝置的氣密性，裝置漏氣;二是讀數前未調整量氣管與水準管內液面相平;三是讀數時未等裝置內氣體冷卻至室溫。因此組織了如下討論：

[教師]怎樣檢查這幾套裝置的氣密性？

[學生1]向水準管中加水至水準管內液面高于量氣管內液面，一段時間后，水準管內與量氣管內液面差保持不變，說明氣密性良好。

[學生2]將量氣管倒立在水中，使量氣管內液面與燒杯中液面不相平，一段時間后，量氣管內與燒杯中液面差保持不變。

[學生3]將連接Y形管的導氣管插入液面下，微熱Y形管，導管口有氣泡，冷卻至室溫，導管內液面上升到一定高度保持不變。

[教師]我們歸納一下，這三種不同檢查裝置氣密性的方法有什么共同點？

[學生4]（經過思考后）一般條件下，第一種是封閉一部分氣體，第二種是使封閉氣體的壓強不等于大氣壓，第三種是確定一段時間后封閉氣體的體積不變，即不漏氣。

[教師]簡單總結一下，就是（1）封氣;（2）變壓;（3）氣體體積不變。怎樣確定裝置中的氣體已冷卻至室溫？

[生1]用溫度計測。

[教師]若是在不便于使用溫度計的情況下呢？

[生2]（經過思考后）量氣管內氣體在不等于大氣壓的情況下，液面高度保持不變。

[教師]對，就是先讀一次量氣管中的液面刻度，過一段時間再讀一次，兩次讀數一致，說明已冷卻至室溫。

設計意圖： 利用數字化教學資源——“在線共享Excel文檔”中記錄的學生實驗數據和誤差產生的原因，確定各學生小組改進、優化實驗方案的突破口，更能有針對性地指導學生學習，激發學習興趣。以前教師對于學生的指導更多依賴于對學生的觀察，如今隨著數據的累積，教師可以更方便、更高效地發掘學生潛質，成就學生價值，最終實現“數據驅動的因材施教”。

活動三： 動腦之后再次動手實踐——數字化教學資源支撐動手實驗，動腦思考

[教師]各小組按照改進、優化好的實驗裝置和操作步驟進行實驗，各成員要分工明確、密切配合，看哪一組實驗做得又快、數據又準確。

[學生活動]各小組成員合作進行實驗，完成實驗后自己將實驗數據填入“在線共享Excel文檔”。

[學生1]第二次實驗時，沒有測定實驗溫度，數據處理表格中現在室溫下的氣體摩爾體積理論值是22.4L/mol，這是不對的。

[教師]這位同學做實驗非常嚴謹，實驗溫度用第一次實驗時測定的25.6℃可以嗎？

[學生1]不可以，因為實驗溫度可能有變化，應該重新測定。用數字溫度傳感器重新測定，實驗溫度為25.9℃，比第一次實驗時稍高。（將實驗溫度25.9℃填入數據處理表格，氣體摩爾體積理論值修正為24.5L/mol。經計算，原來正的相對誤差變小了，原來負的相對誤差變大了，其中第四小組的實驗誤差為0，見圖4。學生發出了不同的感嘆聲。）

[第二學生小組]（實驗中仔細觀察，發現問題，主動在“在線共享Excel文檔”填寫）固定裝置時管內的空氣被壓縮，使水準管與量氣管內液面不相平（見圖4）。

圖4? 第二次實驗后各小組上傳到“在線共享Excel文檔”的數據及自動計算的相對誤差

設計意圖： 利用數字化教學資源——“在線共享Excel文檔”快速、準確的計算能力，激發學生提高實驗效率的激情，并對各小組的實驗情況做出比較公平、全面的評價。教師在第二次實驗前沒有測定實驗溫度，也沒有填寫“在線共享Excel文檔”中已經設定的“溫度”這一欄，促使學生主動發現問題，并大膽地提出，體現嚴謹的科學態度。第二學生小組注重細節，善于觀察，發現“固定裝置時管內的空氣被壓縮，使水準管與量氣管內液面不相平”，這是學生在實踐活動中獲取的“直接經驗”。利用數字化教學資源設計組織活動，讓學生深度思考，產生更多新問題，激發更多靈感，較好地培養科學探究與創新意識，使化學學科核心素養在其中自然生長。

4? 教學反思

4.1? 數字化教學資源是管理教學活動和支持學習活動的工具

“在線共享Excel文檔”是一種網絡數字化教學資源，運用在本節課中進行實驗方案和結果的實時記錄、數據的快速處理、信息的便捷交流等，能實現對學習活動的管理、活動進程的反饋以及學習情況的記錄等功能。增強了生生、師生之間的溝通與交流，促進了學生之間的取長補短，方便了對學生學習行為的分析和評價，激發了學生主動學習的欲望。所以，數字化教學資源是實現教學信息化的基礎條件和核心要素。在信息化教學活動過程中，數字化教學資源不僅是學習內容的載體，也是教師組織管理教學活動以及支持學生學習活動的工具。維果茨基和恩格斯托姆在學習“活動理論”中提出： 在信息化課堂教學環境中，數字化教學資源是一種重要的“工具”，而不純粹是內容和資源，它主要是對教師、學生的行為起到支持作用[3]。要讓數字化教學資源起到有效的支持作用，必須從構成活動的教師、學生及其關系為出發點，以活動為基本單元來考察課堂教學的組成結構，分析課堂中學生和教師在活動中的主要行為。

4.2? 數字化教學資源的設計與應用要關注對學生學習活動的支持

數字化教學資源是學習內容與教師的教學活動的整合體，教師的教學活動直接體現在數字化教學資源設計與應用的過程之中。課堂教學活動是構成課堂教學過程的最基本單元，也是教師與學生行為的集合體。教師的課堂教學行為是課堂教學活動的實體部分，決定著教學質量，但教師的教學效果必須通過學生的學習活動才能體現出來，因此在教學行為分析中必須將教學的中心落實到學生的學習行為上來。學生的學習行為通常包括： 記錄、提問、思考、應答、練習、參與討論和活動、實驗操作等。本節課通過對數字化教學資源功能的設計，重點實現對學習活動的管理、活動進程的反饋、學習情況的記錄等功能，為教師課堂教學中開展指導、提問、評價、時間管理等行為提供豐富的數據信息依據，從而實現對學生學習活動強有力的支持，轉變學生的學習方式，培養學生的化學學科核心素養，極大地提高學習活動的效益。

參考文獻：

[1]余勝泉， 楊現民， 程罡. 泛在學習環境中的學習資源設計與共享——“學習元”的理念與結構[J]. 開放教育研究， 2009， （1）： 47～53.

[2]孫方， 蘇仰娜， 朱永海. 數字化教學資源的設計新視角： 從知識加工到教學活動支持[J]. 現代教育技術， 2013， （3）： 50～54.

[3]詹青龍. 活動理論視域的移動學習活動設計[J]. 電化教育研究， 2010， （2）： 58～62.