融合Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)與騰訊課堂的教學(xué)實(shí)踐*——以“電解原理”為例

徐志鍇

摘要：疫情期間，選擇合適的教學(xué)平臺(tái)和開(kāi)展線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)是師生共同關(guān)注的問(wèn)題。以“電解原理”為例，將Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)和騰訊課堂貫穿課前準(zhǔn)備、課中教學(xué)、課后提升與評(píng)價(jià)的線上教學(xué)中，探討如何最大程度地發(fā)揮Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)與騰訊課堂兩個(gè)平臺(tái)各自的優(yōu)勢(shì)，從而提高線上教學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：Yenka;騰訊課堂;電解原理;線上教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）07-0043-05中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.011

一、問(wèn)題提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）指出：“鼓勵(lì)教師運(yùn)用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量，強(qiáng)化信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的深度融合，促進(jìn)教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變;為教師提供交互式多媒體教學(xué)設(shè)備、常用辦公軟件、多媒體制作軟件和即時(shí)通信軟件等工具，關(guān)注移動(dòng)智能網(wǎng)絡(luò)終端、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的個(gè)性化學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的發(fā)展，并適時(shí)引入到化學(xué)教學(xué)中。”[1]

2020年和2021年受新冠肺炎疫情影響，為保證疫情防控期間教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”，廣州市各區(qū)各學(xué)校積極開(kāi)展線上教學(xué)活動(dòng)。師生身處異地，從傳統(tǒng)課堂到線上教學(xué)，教師需要打破空間地域的束縛，在有限的授課時(shí)間內(nèi)快速抓住學(xué)生好奇心，吸引學(xué)生注意力和學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)的有效性。因此，如何選擇合適教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行線上教學(xué)、如何在有限時(shí)間內(nèi)提高學(xué)生課堂參與度、如何做好從線下到線上的實(shí)驗(yàn)探究轉(zhuǎn)換、如何融合信息化技術(shù)到線上教學(xué)中、如何整合相關(guān)資源實(shí)現(xiàn)課堂高效率，這些都是線上教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題。

基于上述思考，以拓展信息技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和提升線上教學(xué)效果為目標(biāo)，本文以“電解原理”為例，將Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)[2]和騰訊課堂貫穿課前準(zhǔn)備、課中教學(xué)、課后提升與評(píng)價(jià)的線上教學(xué)中，探討Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)與騰訊課堂兩者結(jié)合的方式，以求為教育信息化和線上教學(xué)等相關(guān)課程提供借鑒和參考。

二、“雙平臺(tái)四要素四維度”線上化學(xué)教學(xué)模式

受疫情影響，廣大一線教師在信息技術(shù)支持下，進(jìn)行很多的線上教學(xué)新嘗試。焦琳娟探討了線上教學(xué)和線下教學(xué)混融共存的教學(xué)策略及混融式教學(xué)辦法[3]。朱妍以 ZOOM 和釘釘兩大平臺(tái)為依托開(kāi)展國(guó)際課程高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐[4]。這些案例主要集中在如何最大程度地發(fā)揮線上教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，然而化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，這些研究中往往缺少結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建線上教學(xué)模式。為了充分發(fā)揮線上教學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)因線上教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響，自疫情發(fā)生以來(lái)，筆者在實(shí)踐中逐漸建構(gòu)出“雙平臺(tái)四要素四維度”的線上化學(xué)教學(xué)模式，如圖1。

其中“雙平臺(tái)”指的是Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和騰訊課堂;雙教學(xué)平臺(tái)應(yīng)同時(shí)具有“四要素”特點(diǎn)，即平臺(tái)操作簡(jiǎn)單（簡(jiǎn)單性）、能實(shí)現(xiàn)師生間交流互動(dòng)（互動(dòng)性）、盡可能還原教學(xué)課堂和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（仿真性）和學(xué)生能在空余時(shí)間自主操作（自主性）。“四維度”是指學(xué)生在雙平臺(tái)進(jìn)行線上學(xué)習(xí)能逐漸提升自身的認(rèn)知深度，實(shí)現(xiàn)“經(jīng)驗(yàn)化認(rèn)知—規(guī)律化認(rèn)知—結(jié)構(gòu)化認(rèn)知—應(yīng)用化認(rèn)知”，教師通過(guò)課前準(zhǔn)備研究和了解學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)化認(rèn)知水平，在此基礎(chǔ)上在課中設(shè)計(jì)螺旋式發(fā)展的教學(xué)安排，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)轉(zhuǎn)化與融合，從淺層次的經(jīng)驗(yàn)化認(rèn)知到深層次的規(guī)律化認(rèn)知和結(jié)構(gòu)化認(rèn)知。課后，學(xué)生結(jié)合生活應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)以致用，最終達(dá)到應(yīng)用化認(rèn)知水平。

三、設(shè)計(jì)思路

1.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

電解原理是人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》內(nèi)容，新課標(biāo)明確指出，本節(jié)內(nèi)容的學(xué)業(yè)要求是能分析、解釋電解池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電解池。該原理是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，也是歷年高考命題的熱門(mén)內(nèi)容[5]。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師利用多種實(shí)驗(yàn)素材發(fā)展學(xué)生對(duì)電解原理的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生從能量角度理解電解原理及應(yīng)用，最終提升學(xué)生對(duì)電化學(xué)過(guò)程的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。此前學(xué)生已經(jīng)掌握電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、氧化還原理論、原電池的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)初步接觸電解水裝置，但該電解裝置是如何工作的、如何從“宏觀—微觀—符號(hào)”三個(gè)不同角度認(rèn)識(shí)電解池還不清楚，也沒(méi)有形成分析電解池的一般思維模型，無(wú)法解決真實(shí)情境下的問(wèn)題。

師生時(shí)空分離，教與學(xué)的行為不能同步是線上教學(xué)與課堂教學(xué)最本質(zhì)的差異，也是師生間實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的最大挑戰(zhàn)。與線下教學(xué)相比，線上教學(xué)無(wú)論是教學(xué)環(huán)境和教學(xué)方式，還是師生關(guān)系和信息技術(shù)都發(fā)生了很大改變，導(dǎo)致線上教學(xué)涌現(xiàn)了很多教學(xué)難題：如何掌握課前學(xué)生在線情況？如何加強(qiáng)課中師生間的互動(dòng)？如何反饋課中的教學(xué)效果？如何鞏固課后學(xué)習(xí)成果？等等。另外，在傳統(tǒng)教學(xué)中，電解實(shí)驗(yàn)不僅受到場(chǎng)地、藥品和儀器等因素制約，還常常因?qū)嶒?yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生有毒氣體、現(xiàn)象不明顯、難以進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)等帶來(lái)諸多不便，在疫情期間開(kāi)展電解實(shí)驗(yàn)更是難上加難。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)包括多個(gè)分支的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如 Classifying Material（物質(zhì)分類(lèi)）、Reactions and Rate（反應(yīng)速率）、Electrochemistry and Redox Reactions（電化學(xué)與氧化還原反應(yīng)）等，其中電化學(xué)部分包括15個(gè)原電池與電解池的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在課前、課中或者是課后，學(xué)校或者是家里，隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，突破了時(shí)空限制;還可以自主地選擇實(shí)驗(yàn)藥品，自主控制實(shí)驗(yàn)步驟，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)變“被動(dòng)”為“主動(dòng)”。因此，為了充分發(fā)揮Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)和騰訊課堂兩者各自?xún)?yōu)勢(shì)，提高線上教學(xué)的效率，本文設(shè)計(jì)兩者融合的一般教學(xué)流程，如圖2。

四、教學(xué)實(shí)施

1.課前準(zhǔn)備

教師提前一周，通過(guò)班級(jí)微信群發(fā)布Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)和騰訊課堂下載地址、安裝方法、注冊(cè)方法和軟件操作說(shuō)明，留出充裕的時(shí)間，讓學(xué)生自主摸索兩個(gè)軟件的主要功能。由于Yenka軟件操作界面為英文界面，針對(duì)這一情況，發(fā)布“中學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)名詞中英文對(duì)照表”。使用中英文對(duì)照表既能激發(fā)學(xué)生興趣和開(kāi)闊知識(shí)面，又能縮短學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，避免學(xué)生看不懂專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)詞匯的尷尬。而在每節(jié)課上課前，通過(guò)騰訊課堂的簽到功能，實(shí)時(shí)了解學(xué)生在線情況;經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，每節(jié)課課前5 min簽到可達(dá)93%以上。

2.課中教學(xué)

結(jié)合新課標(biāo)要求、學(xué)生思維障礙和線上教學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究的困難，在課堂教學(xué)中精心設(shè)計(jì)“舊知新解，初探原理—變換溶液，拓展原理—情境問(wèn)題，巧用原理”三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，其中學(xué)科素養(yǎng)層面包括知識(shí)主線、問(wèn)題主線和活動(dòng)主線，信息技術(shù)層面則包括Yenka虛擬支持和騰訊課堂支持，課中教學(xué)從兩個(gè)層面、五個(gè)維度展開(kāi)，其設(shè)計(jì)思路和教學(xué)環(huán)節(jié)，見(jiàn)圖3。

Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)具有高仿真性和開(kāi)放性，恰好彌補(bǔ)線上教學(xué)因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)耗材和實(shí)驗(yàn)安全上的不足。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)看，有電解純凈水到電解 CuCl2溶液再到電解NaCl溶液;從實(shí)驗(yàn)難度來(lái)看，三組實(shí)驗(yàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜;從實(shí)驗(yàn)要求來(lái)看，三組實(shí)驗(yàn)從定性到定量。騰訊課堂技術(shù)關(guān)鍵是討論區(qū)，學(xué)生將思考過(guò)程、課堂疑惑等通過(guò)文字、圖片等形式發(fā)送到討論區(qū)，而教師則通過(guò)討論區(qū)留言了解學(xué)生的認(rèn)知水平，并及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和難度。

（1）教學(xué)片段1：舊知新解，初探原理

【教師活動(dòng)】提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：電解純凈水，能否得到 H2和 O2？分析溶液中微粒的移動(dòng)方向和兩個(gè)電極可能發(fā)生的反應(yīng)，理解電解水產(chǎn)生H2和O2的過(guò)程。

【學(xué)生活動(dòng)】分析純凈水中的陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向，并在討論區(qū)留言。

【Yenka支持】介紹Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)基本功能，并演示電解純凈水，如圖4。

【學(xué)生活動(dòng)】分析電流表讀數(shù)為0.00的原因，并在討論區(qū)留言。

【騰訊課堂支持】使用簽到功能實(shí)現(xiàn)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的簽到;使用PPT分享和畫(huà)筆功能實(shí)現(xiàn)課件的展示和板書(shū)的書(shū)寫(xiě);使用討論區(qū)留言實(shí)現(xiàn)師生間線上教學(xué)的互動(dòng);使用屏幕分享功能實(shí)現(xiàn)教師電腦桌面的分享，方便展示Yenka軟件。

（2）教學(xué)片段2：變換溶液，拓展原理

【教師活動(dòng)】提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：往純凈水中加入 CuCl2溶液，以石墨為電極材料進(jìn)行電解能否得到 H2和 O2？鼓勵(lì)學(xué)生用Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M該過(guò)程，建立反應(yīng)時(shí)間與陰極質(zhì)量變化關(guān)系圖，并比較電解不同濃度CuCl2溶液時(shí)陰極質(zhì)量變化速率。

【學(xué)生活動(dòng)】通過(guò)Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)搭建電解 CuCl2溶液裝置，思考并分析：溶液中存在哪些陰陽(yáng)離子？在電場(chǎng)作用下陰陽(yáng)離子如何移動(dòng)？是否都發(fā)生了反應(yīng)？是否存在反應(yīng)先后順序？舉手連麥回答上述問(wèn)題。

【學(xué)生活動(dòng)】書(shū)寫(xiě)其電極式和總反應(yīng)式，并在討論區(qū)留言。

【Yenka支持】搭建電解CuCl2溶液裝置、建立反應(yīng)時(shí)間與陰極質(zhì)量的坐標(biāo)圖和比較電解不同濃度CuCl2溶液下陰極質(zhì)量變化速率，如圖5。

【騰訊課堂支持】使用畫(huà)中畫(huà)功能，同時(shí)打開(kāi)攝像頭可實(shí)現(xiàn)課件與攝像頭兩個(gè)畫(huà)面。使用舉手連麥功能實(shí)現(xiàn)學(xué)生即時(shí)與教師線上語(yǔ)音交流。

（3）教學(xué)片段3：情境問(wèn)題，巧用原理

【教師活動(dòng)】提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：2020年初受新冠肺炎疫情的影響，各類(lèi)防疫物資成為稀缺資源，其中84消毒液更是一瓶難求。通過(guò)Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)電解產(chǎn)生氯氣的裝置，驗(yàn)證電極所得產(chǎn)物。該裝置能否直接生產(chǎn)NaClO溶液？有何缺陷？應(yīng)如何改進(jìn)？

【學(xué)生活動(dòng)】在Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)中搭建電解產(chǎn)生氯氣裝置，思考并驗(yàn)證電極產(chǎn)物。

【Yenka支持】通過(guò)“edit”功能自定義添加試劑，驗(yàn)證電極產(chǎn)物，如圖6。

【學(xué)生活動(dòng)】分析圖6裝置制備N(xiāo)aClO溶液的可行性，并繪制改進(jìn)后裝置，如圖7。

【學(xué)生活動(dòng)】往純凈水中加入何種電解質(zhì)溶液，電解過(guò)程中才能得到 H2 和 O2？（A.AgNO3 B.Na2SO4 C. NaBr D.MgCl2）思考并在答題卡中作答。

【騰訊課堂支持】自定義圖片功能可以讓學(xué)生上傳一些自定義圖片，如設(shè)計(jì)圖等;答題卡功能可以讓學(xué)生在限定時(shí)間內(nèi)對(duì)選擇題作答。

四、課后提升與評(píng)價(jià)

1.課后提升

為了幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)效果，騰訊課堂設(shè)有回播功能，學(xué)生可在課后根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇性回播教學(xué)過(guò)程視頻。在課后，騰訊課堂提供一對(duì)一的線上答疑場(chǎng)所，可對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。在Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)方面，則鼓勵(lì)學(xué)生去探索更多的應(yīng)用場(chǎng)景[6] ，如化學(xué)反應(yīng)速率、酸堿中和滴定和其他電化學(xué)應(yīng)用，一方面有利于信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，另一方面拓展該軟件其他的化學(xué)教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景。

2.課后評(píng)價(jià)

線上教學(xué)采用過(guò)程性評(píng)價(jià)與目標(biāo)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)模式，既重視與尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的付出，又強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。過(guò)程性評(píng)價(jià)與目標(biāo)性評(píng)價(jià)的成績(jī)比例分別設(shè)為60%和40%，其中過(guò)程性評(píng)價(jià)包括簽到（5%）、Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)使用（20%）、討論區(qū)討論（10%）、舉手連麥（10%）、答題卡答題（10%）、回播教學(xué)視頻（5%）。目標(biāo)性評(píng)價(jià)則分為線上階段性測(cè)試（25%）和課堂作業(yè)（15%），如繪制電解原理思維導(dǎo)圖。多元評(píng)價(jià)模式不再是傳統(tǒng)考試的一考定終身，而是綜合性、立體性考查學(xué)生能力，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，形成良好的教學(xué)循環(huán)。

五、教學(xué)反思

Yenka虛擬實(shí)驗(yàn)不受場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)條件等制約，學(xué)生能夠根據(jù)自己的時(shí)間安排，自主地完成各種虛擬實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)完成的自主性和開(kāi)放性。更重要的是，電解實(shí)驗(yàn)容易產(chǎn)生污染性氣體，如氯氣，而Yenka不需要學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)藥品和儀器等，提升了實(shí)驗(yàn)安全性。在課中，大家紛紛截圖自己 DIY 的實(shí)驗(yàn)“成果”。課后有不少同學(xué)通過(guò)微信咨詢(xún)?nèi)绾尾僮髌渌摂M實(shí)驗(yàn)，可以看出學(xué)生對(duì)新鮮事物有著強(qiáng)烈好奇心。遺憾的是，該軟件是全英文操作，雖然操作簡(jiǎn)單，但要求學(xué)生具有較高的外語(yǔ)水平。

在線上教學(xué)初期，筆者使用過(guò)云視訊、騰訊會(huì)議等第三方平臺(tái)，但這些平臺(tái)中簽到和討論區(qū)功能均不能達(dá)到令人滿意的效果。騰訊課堂簽到功能能夠準(zhǔn)確反饋學(xué)生進(jìn)入課堂、離開(kāi)課堂的時(shí)間及聽(tīng)課總時(shí)間，能夠有效減少“不簽到、假簽到”現(xiàn)象。討論區(qū)的使用大大增加了學(xué)生發(fā)言的機(jī)會(huì)，以40 min課堂為單位，有效留言少則100條，多則200條;通過(guò)討論區(qū)、舉手連麥、自定義傳圖等展示思維過(guò)程，這些都能有效抑制“不配合、假配合”的發(fā)生。另外學(xué)生會(huì)送花、發(fā)自定義表情等，這些都讓線上課堂充滿了生機(jī)。通過(guò)回放功能，學(xué)生還能二次學(xué)習(xí)，大大提升學(xué)習(xí)效果。對(duì)于個(gè)別學(xué)困生，還能開(kāi)展一對(duì)一騰訊課堂，彌補(bǔ)課堂教學(xué)課后輔導(dǎo)的不足。騰訊課堂美中不足的是答題卡中只能統(tǒng)計(jì)整體答題率，不能反饋每個(gè)同學(xué)的作答情況。

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