基于大數據高中化學教學的針對性研究

魏建春

摘要：大數據時代背景下，云計算、物聯網等信息技術相關產物層出不窮，為傳統課程教學提供了全新的技術支持，信息化、智能化是推動新時期教育信息化進程的重要趨勢。特別是在“互聯網+”概念提出后，“互聯網+教育”越發受到重視，加快推進化學等課程的課堂教學智慧化和信息化建設，有效構建具備信息化、智慧化等特征的智慧課堂，是突破傳統化學課堂教學困境與瓶頸，助力學生化學學科核心素養快速形成的一個有效手段。因此，如何有效構建高中化學智慧課堂是值得深入探討的問題。

關鍵詞：高中化學;智慧課堂;構建策略

引言：在信息技術飛速發展的今天，智慧化是各行業轉型升級的一個重要趨勢，教育領域也不例外。強化信息技術及其相關產物和傳統課程課堂教學的有機融合，有效構建智慧課堂，這是當下各學科教學的一個重要任務。文章立足高中化學課堂教學現狀，從信息技術輔助課堂教學出發，就如何有效構建智慧課堂進行了重點研究，以期助力高中化學智慧課堂的順利構建。

一、制定實施方案

教師在使用信息化課堂教學模式過程中，要有效結合自己的教學實情和學生實際，確定具體的實施方案。例如學校或年級要組織同科任教師進行培訓，來了解、學習信息化課堂的內涵;其次，可采取調查問卷的形式，來分析推行信息化課堂的可行性，并對存在的問題做好記錄;第三，可以先在同一年級某一個班級內試行，根據實施情況，進行討論、反思和總結，然后再慢慢推廣，總之，不能盲目、貿然實施。信息化課堂教學模式中，教師不再是站在講臺上的知識傳授者，而是學生自主學習中的引導者，這就對化學老師提出了更高的要求。一方面化學教師要學習、掌握一定的計算機知識，能夠制作、整理相關教學視頻，另一方面也需要教師能夠在大量的教學視頻資料中選取適合的資源，整合成微課視頻，從而讓學生學到更多、更豐富的化學知識。以“化學能與熱能”為例，在上課前，筆者先通過線上交流群和學習平臺對學生在預習階段的一些問題進行總結，發現學生存在的問題主要是無法形象感知化學反應中的能量變化，對于導致化學反應中能量變化的原因也沒有形成清晰的認識，于是筆者便確立了本節課的教學重點和難點，以此為依據對整堂課的教學設計做了一定的調整。在正式講課的前幾分鐘，筆者先針對學生無法感知、理解化學反應中能量變化這一問題為其創設了趣味情境，從生活角度入手，筆者導入了日常生活中工人煉鋼時的情境、自熱飯盒等，讓學生思考，這些案例中是否存在化學反應？存在什么樣的化學反應？化學反應的特征是什么？化學反應的作用是什么？引導學生回顧以前所學的知識。在學生回答之后，筆者便導入了本課的課題，使學生對化學反應中會產生能量變化這一理論有了更形象的認識。以投影的方式呈現于電子白板上，然后讓學生根據問題以及剛才的互動來以小組的形式進行交流，學生可以自主查閱資料，筆者鼓勵學生嘗試用自己的話來組織并表述答案。比如，化學鍵與化學反應中能量變化的關系？一個化學反應吸收能量或者放出能量是由什么決定的？學生通過閱讀教材并自主查閱資料，討論之后得出上述問題的答案。隨后筆者再次在電子白板上出示問題：化學能和熱能如何才能相互轉化？在這個問題的探究過程中，筆者不僅組織學生以小組展開討論，還讓學生參與了實踐探究，最后讓學生把自己的實驗結果總結表述出來。

二、數字化的手持技術及控件集成技術

（1）數字化手持技術是由數據采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集數據，并能與計算機連接的實驗技術系統，具有實時性、準確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點。（2）有別于傳統實驗需要花費大量時間進行數據處理，手持技術可以實時進行數據處理，可將數據直接轉化為圖象，以直觀的圖形（曲線）形式呈現在學生眼前，極大地彌補了實驗數據直觀性不足的問題。以一些實驗現象不明顯的反應（如酸堿中和）和一些抽象的化學原理概念（如化學反應的能量轉換、化學平衡和化學反應速率等）為例，手技技術對學生建構概念有很好的輔助作用。（3）大量手持技術應用的研究表明，數字化實驗的“四重表征”教學模式有利于知識的存儲、提取和遷移應用，能幫助學生克服學習化學原理應用性概念的困難，減輕學生的記憶負擔，提高概念教學的有效性。（4）目前，手持技術基礎設施的發展已較為成熟，電腦只需搭載驅動軟件，通過USB接口連接相應的傳感器探頭即可。據筆者了解，pH、電導率、壓強、CO2、溶氧量等數據的測量已實現傳感器檢測。傳感器在使用時可以單一檢測，也可以組合在一起對化學實驗進行多角度的分析，且已覆蓋半數左右的高中化學必修及必選模塊的學生實驗。（5）從中國目前已發表的化學教學應用手持技術的研究成果來看，已從案例分析發展到理論研究層次，形成了一批較有代表性的案例集及應用策略。例如，北京教育學院主導編寫的《手持技術在中學化學實驗教學中的應用研究》一書就詳細介紹了7個專題、40個詳細使用案例及相關軟件分析等內容。

三、實驗情境可視化——仿真實驗室

（1）化學是一門以實驗為基礎的學科，新課標中也增加了學生必做實驗的數量。雖然如此，但高中化學課堂教學常常受班額、場地、安全性、預算經費等因素限制，不能為每位學生提供足夠的動手實驗機會。（2）為使學生獲得更好的學習效果，提供更多的探究、實際操作的機會，仿真實驗室軟件應運而生。以“仿真實驗室”為關鍵詞在搜索引擎和中國知網上進行查詢，可以獲得許多應用軟件及案例反饋資源。（3）仿真實驗室的優點。一是實驗器材具有仿真度，避免“符號”實驗認知，可滿足學生對正確實驗操作和觀察的需求。二是步驟不受限制，有利于培養學生的探究能力。三是可以進行“危險“實驗，且在保障學生人身安全的同時令其直觀感受宏（微）觀變化，從而將抽象的宏（微）觀概念可視化。四是可以大膽試錯，師生無須考慮成本，有助于學生切實了解實驗的過程及注意事項。五是將復雜的化工生產流程可視化，能彌補演示實驗的不足。（4）仿真實驗有效規避了真實化學實驗可能對學生人身安全帶來的傷害，同時又能夠在進行實驗的同時展示定量的概念。以虛擬實驗室為例，如需使用碳酸鈉溶液時，可以自己控制所用的溶劑體積及溶質質量，精確度可達到百分位;還可要求所使用的燒杯、試管等儀器顯示其所裝藥品的各離子濃度、pH及溫度等信息，真正地將宏觀現象加以量化。當需要使用不同濃度的某溶液時，也只需對溶液標簽上物質的量濃度進行更改，其溶液組成便會相應調整，既方便又快捷。從目前仿真實驗室軟件的內容來看，已對初高中化學教材涉及的實驗進行了全覆蓋，且伴隨著虛擬算法的不斷更新，模擬的真實性（如傾倒流水聲、塞子停頓感、滴加酚酞的堿性鹽溶液隨著加熱而不斷變紅等）也隨著軟件的逐步升級而愈加真實。（5）仿真實驗室的使用，可以極大地縮短準備藥品的時間，避免實驗操作誤差，規避危險，從而將教學重點聚焦于探究設計及結果分析之中，使教學目標更加明晰，探究設計結果反饋的時效性更強。仿真實驗室的引入，有效避免了簡單視頻教學的尷尬和單調，在使用過程中必然會對學生的探究意識產生一定的影響和促進作用。（6）仿真實驗室的應用壁壘在于，“仿真”“虛擬”終究無法提供具體、可侵入式的實驗環境和真實的操作體驗。另外，仿真軟件雖已基本覆蓋高中范圍內的所有實驗，但在某些細節問題上，如鹽類水解涉及的微弱離子行為的變化及其對溶液pH的影響仍有許多錯誤，無法滿足探究要求。因此，軟件開發者需要持續更新數據算法，以使實驗數據更加科學有效。

四、教學反饋可視化——交互式平臺

（1）在信息技術支持下，交互式教學成為新時期課堂教學改革的亮點。傳統媒體下的交互主要是師生對話交互，口語傳授是主要方式;多媒體環境中的“交互”主要指教師、學生、計算機之間的相互交流與相互作用，如教師利用多媒體技術，通過交互式教學課件，實現雙向或多向互動。（2）廣泛使用的交互式平臺有交互式電子白板、智能課程平臺和云端技術。學生通過手持終端完成課堂練習，教師能在第一時間由數據、圖表了解學生在某問題上的選擇比率，掌控學情及全體學生的學習進程。某些交互式平臺還內嵌分類、連線等課堂任務游戲。這種游戲化的教學不僅可以將測評以游戲的形式呈現，減輕學生的測評壓力，而且可以將學生的注意力集中到對概念的理解應用上。部分交互式平臺還可以與手機聯網，完成小組對戰任務等，從而增強學習的趣味性。對于線上教學來說，也可以增強學生的參與感，增加學生對學習內容的注意時長。（3）可視化交互式平臺的基礎設備大都是電腦及投影設備，但如果想要真正實現交互功能，還需要在教室采用可觸控設備，并在教室內實現無線網絡覆蓋。當前，不少學校已經實現了全校范圍內的白板設備安裝，雖然這些平臺可以增加教學中的交互性，但由于Office軟件和產品背后的盈利方式及增加客戶黏性的原因，平臺只能導入PPT課件，而無法導出兼容Office及其他平臺的文件。另外，各平臺對設備的內存及網絡要求較高，在課程授課中偶有卡頓的情況出現，不利于教學的流暢性。

五、構建信息化課堂教學流程和評價體系

構建相應的教學流程和評價體系，是信息化課堂順利進行的重要保障，有了具體的教學流程為依托，教師才會覺得有規可循。當然，信息化課堂的教學流程是在反復教學之后逐步改進和完善的，教師在多次進行教學之后，才會發現和總結出其內在的規律和有效的方法，這時要對教學流程及時進行修訂，以更好地提高學生的學習效率。另外還要形成一定的評價體系，從其中發現不足，以此來促進信息化課堂教學模式的順利進行。鼓勵學生獨立探索和合作學習。獨立探索和合作學習是實施信息化課堂教學模式的根本目的，也是學習者最應具備的重要素質之一，因此信息化課堂教學模式在高中化學具體實施中，教師一定要對學生多鼓勵，多提醒，讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系，在合作學習中取長補短，以不斷提高學生的學習能力。

結論：總之，在新課程改革背景下，構建智慧課堂是促進學生化學核心素養提升的一個有效手段。在構建高中化學智慧課堂的過程中，教師要遵循生本性、互動性、趣味性和輔助性等原則，立足課前環節完成學情分析，立足課中環節引導學生深度學習，立足課后環節滿足學生個性化的學習需求，以最大限度地提高高中化學智慧課堂的構建效果。

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