基于智慧教室環境下科學探究能力培養的教學設計研究

王莉莉

摘 要：現如今，智慧教育已成為我國教育領域發展前行的新方向，而智慧教室則是智慧教育的主要構成部分，并且對教育事業發展發揮著積極促進作用。文章以初中階段化學課程為例，研究了在實現知識學習和技能培育的教育目標過程當中，如何把智慧教室和學生科學探究能力培育相結合，并借助智慧教室電子白板與實物展臺等功能，調動學生化學學習興趣，發掘學生學習動力，培育學生創新精神以及科學探究能力。

關鍵詞：智慧教室;科學探究能力培養;教學設計

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-04-18 文章編號：1674-120X（2020）27-0101-02

一、引言

在初中階段，化學課程具有諸多重難點，學生學習起來相對困難。以氣體的實驗室制取為例，這節課程在知識目標方面要求學生熟練掌握二氧化碳與氧氣的制取原理、實踐操作與注意事項;在能力目標層面要求學生了解實驗室制取氣體的過程中，實驗裝置的選擇與操作原理的規律，并學會按照實際需要，進行小組探討，展開交流評價，并明確最優方案。所以，教師營造教育情景，科學應用教育手段，培育學生的科學探究能力，使學生領悟知識獲取的路徑極為重要。基于此，本文著眼于教育目標，結合智慧課堂，營造問題情景，呼吁學生交流協作，引導學生科學設計實驗方案并展開探究，使其掌握科學探究的方式，培育其勇于創新和勤于實踐的精神、分析問題與解決問題的能力、善于協作和積極溝通的意識。

二、智慧教室概念與理念概述

（一）智慧教室概念

所謂智慧教室，是一種典型的智慧學習環境的物化，是網絡與多媒體教室的高級形態，它是憑借智能技術、物聯網技術和云計算技術等建構的新型教室，這一新型教室涵蓋無形的數字空間與有形的物理空間，借助多樣性的智能設備輔助教育內容展現、便于教學資料獲取、推動課堂交互進行，具有環境管理與情景感知功能。而智慧教室的目的在于為教育活動供給智能化和人性化的交互空間，憑借數字空間和物理空間的有機融合，遠程和本地的結合，優化人和學習環境間存在的聯系，在學習空間中落實人和環境的有效交互，推動泛在學習、開放式學習、探究式學習以及個性化學習的實現。從某種意義上而言，現如今多媒體教室面臨的問題與教室環境設計、技術裝備間存在緊密聯系。重構傳統教室環境，建設適宜學生學習及教師教學的全新環境，是教育事業發展的必然趨勢。伴隨智慧城市、智慧地球等概念的涌現及相關技術的繁榮發展，合理運用云計算技術、傳感技術、多媒體技術以及AI技術等完善教室設施、優化學習環境、創建智慧型教室已是必然選擇。

（二）智慧教室構成

智慧教室和傳統教室存在一定差異，智慧教室作為智慧環境系統的分支，是支撐智慧教育的必要條件與智能化空間，它可以利用物聯網、互聯網、數據挖掘以及學習分析等方式把社會感知、物理感知與網絡感知完美銜接，生成智能型教育和學習一體化的環境體系，而這一教室的組成元素是教學活動主體、教學活動條件及教學活動空間。首先，教學活動主體包含管理者、教育者及受教者。管理者是指對智慧教室實施管理、監控與維護的服務人員;教育者指的是在智慧教室當中實施教育工作的教師、助教等教學人員;而受教者即在智慧教室當中開展學習活動的關鍵性主體。其次，教學活動條件。基于智慧教室環境的教學活動，具有更為嚴謹的要求，個性化且豐富的線下線上教學資源、為教育活動服務的多元化智能終端、以大數據及物聯網為依托的云平臺、提供創造性與個性化學習環境的服務系統等為新型智慧教育活動的進行提供了必要條件。再次，系統環境因素。系統環境主要涵蓋教育、溫濕度調節、燈光控制、視頻監控、自動考勤等系統。其中，教育系統是教師開展教育活動的主要系統;溫濕度調節和燈光控制系統是為學生提供最智能、環保與舒適環境的功能性系統;視頻監控系統是確保教育活動可靠、安全進行的保障性系統;考勤系統則是有效解決以往考勤難問題的智能系統。

（三）智慧教室功能

在智慧教室背景下，原有的學習模式逐漸轉變為創新能力培育模式。智慧教室是智慧環境的物化形式，有效豐富了當前智慧教育的理論內涵及其在實踐方面的應用路徑，為促進智慧教育事業發展奠定了基礎。首先，個性化教育功能。在以智慧教室為依托的教學活動中，教師可針對學生群體存在的個性化差異設置新的課程，從而確保學生找到適合自身學情的學習模式，同時教師還可按照學生不同性格制訂針對性的學習課程。這一個性化育人模式不僅可運用在面對面的課堂教育中，還可用于遠程教育中。其次，多工具教育功能。智慧教室可提供諸多教育工具便于教師選擇并應用于教學中，借助多樣性呈現技術，充實教育內容。同時在學習層面，可調動學生學習興趣，推動學生進行體驗式與探究式學習。在具體交互中，師生可采取自然交互的方式對交互內容展開交互，以此來落實多維度交互目標。再次，數據分析功能。借助智慧教室實施教育工作的過程當中，教師可以通過信息采集把學生課堂學習所形成的數據資源進行有效整合，并利用分析技術展開學習數據挖掘、學生信息整合以及教學數據分析，總結出異同點，明確學生的學習需求以及學習取向，為日后的學習取向提供數據支撐。

三、基于智慧教育的科學探究能力培育的教育設計

（一）教學設計思路

教育工作的最終目標并非單純地讓學生累積知識，而要使其具備知識實踐應用的能力，此能力需要學生在實踐探究當中培養。初中階段化學的實驗室制取氣體課程中，知識容量大且知識點復雜。如果采取傳統的教學形式，學生容易感到乏味枯燥，并逐漸缺失興趣，難以達到預期效果，更無法實現學生科學探究能力的培育目標。因而，教師應適時轉變教育策略，在具體教學中創造活動情境，把智慧課堂和學生科學探究能力的培育充分結合，激發學生的積極性。在課前階段，教師要提前布置相應的學習任務，引導學生獨立復習。在課堂教學期間，借助智慧教室平臺所具備的即時反饋與搶答系統了解學生對過往所學內容的復習效果。隨后通過層次性問題的設計，驅動學生主動思考，利用問題驅動學生持續創新，使其將實驗探究作為主要方法，經過小組探討合作、完善與優化實驗計劃，持續提升科學探究能力。最后，教師可把學生在學習過程中利用的智慧教室助手和實物展臺等設備反饋至電子白板當中，由師生一同進行分析和評價，真正使學生感受到主動思考、合作探究與交流探討的學習過程，讓學生能運用所學內容解決具體問題，培育其學科素養和探究能力。

（二）具體教學過程

第一，復習導入，運用智慧教室調動學生的探究欲望。教師先利用課件展示出所提問題：實驗室制取二氧化碳與氧氣的反應原理、制取裝置是什么？并利用智慧教室的搶答器選擇兩名學生，學生一完成問題，學生二進行點評。隨后師生共同進行總結歸納，最后教師提出過渡銜接問題：實驗室制取二氧化碳和氧氣的收集裝置若收集有毒氣體，是否可以防止空氣污染？這一教學環節的設計目的在于借助智慧教室的搶答器激發學生對化學課程的興趣，運用計時器功能，讓學生在規定時間內完成問題，提升課堂教學質效。提出問題，調動學生探究欲望，指導學生按照實際要求，優化實驗方案，培育創新精神。

第二，實驗探究，通過智慧教室落實教育互動。在此環節中教師要明確該活動的主題：探索有毒氣體的收集裝置如何改進。并提出問題：在有毒氣體收集的過程中，如何優化裝置來防止空氣污染？隨后進入實驗準備階段，由四人構成合作探究小組，提前將實驗中可能運用的儀器與藥品置于實驗籃當中，以便在化學實驗探究中按照實際需求自由選擇。在具體實驗探究當中，教師應指導學生展開組內分析、探討，并選擇適宜的儀器展開探究實驗，教師則進行巡視，針對學生探究情況進行指導與點評，對方案不合理之處提出疑問，指導學生展開進一步探究，選取典型裝置，運用智慧教室的拍攝功能，上傳至電子白板中，并選擇一名學生匯報組內實驗狀況。該活動設計目的在于借助拍攝功能，把學生實驗探究的整個過程體現出來，以便師生形象和直觀地分析探討，在調動學生實驗探究興趣的同時，提高學生的實操能力，培育科學探究能力，改善教學成效。

（三）教學設計特色

本研究涉及的化學課程教學設計體現了新課程改革的理念，真正發揮了學生的課堂主體性，主張對學生探究能力、動手能力以及動腦能力的培育，感受知識和技能生成的整個過程與創新精神培育的過程，使學生創新以往學習模式與學習觀念，從而在探究學習中形成并提升化學核心素養與探究能力。另外，在課堂教育中，重視學科教育和信息技術的高度結合，著重發揮出智慧教室的輔助功能，借助智慧教室各平臺，激發學生的學習主動性，運用拍攝、實物展臺與錄像等功能，把學生練習與實驗探究的整個過程上傳至電子白板中，由師生一同分析探討，激發了全員參加意識，加強專注力，提升了聽課效果。

四、結語

以智慧教室為依托的學生科學探究能力的培育，是在智慧教室智能環境的支持下，推動學生群體開展實驗探究的學習模式。在這一智能教育環境下，教師可及時、充分掌握學生學情，并靈活調整課程教育進度及內容，在實現學生科學探究能力培育目標的同時，建設高效的初中化學課堂。

參考文獻：

[1]李 利，梁文潔，薛 鋒.智慧教室環境中的課堂互動教學現狀分析——基于小學數學課堂教學個案的研究[J]. 電化教育研究，2018，39（3）：115-121.

[2]張 屹，董學敏，陳蓓蕾，等.智慧教室環境下的APT教學對小學生問題提出與問題解決能力的培養研究[J]. 中國電化教育，2018（4）：57-65.

[3]張 屹，董學敏，白清玉，等.智慧教室環境下學生的探究參與度研究——以“食物在體內的旅行”為例[J]. 電化教育研究，2018，39（5）：86-92.

[4]陳 毅，胡國強.基于微信平臺和智慧教室的混合學習模式探索[J]. 高教論壇，2018（6）：81-85.

[5]曾 海，楊璐偲.未來新形態智慧教室的研究現狀與構建探索[J]. 廣州廣播電視大學學報，2019，19（1）：1-7，107.