現代信息技術在情境式教學中的創新應用

【摘要】以九年級化學課堂教學為例闡述了現代信息技術在創設情境式教學中的四點創新應用：利用手持技術創新問題式情境；利用數字傳感技術創設探索式情境；利用AR技術創造虛實結合式情境；利用交互式白板創建聚焦式情境。

【關鍵詞】手持技術；數字傳感技術；AR技術；交互式白板；情境式教學

傳統教學把教學本質定位為學生的特殊認知過程，突出表現在認知對象上以“間接經驗”為主。因此長期以來，信息技術服務于課堂教學都是通過多媒體播放幻燈片或視頻來實現的，形成了一種以“聽講、理解、記憶、背誦、作業”為主要活動的“雙基”本位的教學方式。這種狀況已經越來越跟不上當今教學的要求。因為新課標倡導的素養教學需要充分發揮實踐的育人功能，加強知行合一、學思結合，倡導“做中學”“用中學”“創中學”。

為了進一步落實2022年版初中化學新課標，在課堂教學中需要創設真實的問題情境以實現素養化教學目標。如果能借助現代信息技術則可起到提質增效、事半功倍的效果。本文以九年級化學課堂教學為例，從以下四個方面談談現代信息技術在情境式教學中的創新應用。

一、利用手持技術創新問題式情境

手持技術又稱“掌上技術”，這里主要指手持手機同步投屏，將實驗過程和實驗現象真實地反映在大屏幕上，解決因為位置遠和偏而導致的觀察不到或觀察不清的問題，這種“手持技術”被許多化學教師廣泛使用在實驗課上。

情境式教學的作用不言而喻，無論是新課還是復習課，在導入階段創設情境式教學能起到事半功倍的效果。一般化學教師都會通過演示實驗提出問題引起學生興趣，激發學生思考從而順利引入新課。但是在演示過程中，學生坐得遠或偏就不容易觀察到實驗現象，特別是一瞬間產生化學變化的現象，這個時候如果能借助于一些小軟件的幫助，效果立現。如樂播投屏軟件被廣泛使用在實驗過程中，只需要在手機和電腦上同時安裝“樂播投屏”軟件，通過手機拍攝功能把現場實驗過程同步上傳到電腦屏幕上，學生只需觀看屏幕上的同步視頻即可。教師在實驗過程中也可以通過拍照，收集不同的情況發送到電腦上，最多可同時播放9張照片形成九宮格，這種特別適合學生分組實驗后的匯報總結階段。教師將實驗過程中巡視到的各種情況拍照下來，匯報總結時引導學生對其分辨對錯，從而很好地將學生帶入問題式情境中，便于提升學生的判斷能力和糾錯能力，有利于學生的自我成長。

例如“空氣中氧氣含量的測定”是人教版九年級化學上冊第二單元課題1的內容，是初中化學一個非常重要的開端實驗。在新課學習階段，由于學生剛接觸化學不久，沒有足夠的實驗技能和科學素養支撐，課堂基本以教師演示和講授為主，學生基本以掌握原理和記憶為主，課堂參與度不高。為了扭轉這種狀況，手持技術必不可少。課上，教師叫一名學生用手機拍攝教師演示實驗的全過程，特別是要對著觀察的重點部位拍，此時已經創設了一個問題式情境—學生會想“老師意欲何為？”……為了將學生徹底地帶入問題式情境中，教師需邊演示邊提問“紅磷燃燒時有什么實驗現象？”“實驗結束后，你觀察到集氣瓶內的水位有什么變化？”“為什么紅磷要足夠多？少量行不行？”“可燃物為什么要選用紅磷？用其他可燃物比如木炭、硫粉行不行？”“為什么一定要等到集氣瓶完全冷卻才能打開彈簧夾？”等一系列問題。

通過手持技術播放實驗視頻吸引學生的目光不叫創新，而通過問題矩陣將學生引入問題式情境中才叫創新，此時教師應審時度勢，及時地利用照片或視頻引導學生思考和回答，這些問題就會迎刃而解，從而將這節課的教學重點兼難點很好地突破和解決，實現知識情境化學習的素養轉化。

二、利用數字傳感技術創設探索式情境

隨著科學技術的發展，越來越多高精尖的技術和儀器被應用于化學研究中，數字化傳感器就是其代表之一。數字傳感技術是由數據采集器、傳感器與配套軟件組成定量采集各種常見數據并能與計算機連接的一種實驗技術系統，也稱為“數字化技術”。其最突出的特點是便攜、實時、準確、直觀，數據變化過程與實驗過程同步進行，可將實驗數據以數字或圖像方式同步顯示出來，因此能夠較為直觀、定量與全面地輔助化學教學。其工作原理如圖1所示：

圖1 數字傳感技術工作原理

例如在測量空氣中氧氣含量的實驗需要用到的儀器有：溫度、氣壓、氧氣三種傳感器，一個三頸燒瓶。當三條曲線顯示出來后，此時教師提問：“大家通過觀察數字傳感器得到的圖像，能獲取什么信息？每條曲線的走勢分別說明什么問題？”……教師一一引導學生觀察曲線的走向趨勢，根據實驗原理分析原因，在師生互動中創設探索式情境，一步步搭建問題的階梯層層登高，將學生的思維從低階引向高階，彰顯數字技術在探索式情境中的創新應用。

再如利用數字化傳感技術測定鐵銹蝕過程中氧氣含量的變化。教師先利用溫度傳感器后利用氣壓傳感器，邊實驗邊顯示過程中溫度和氣壓的變化，結果是壓強差反應了生銹的快慢，對此有學生提出質疑“到底是溫度還是壓強起到了決定性作用？”

面對這種課堂生成性教學資源，針對學生提出的異議，教師首先要做的就是表揚和鼓勵這位學生。其次為了創設探索式情境，可以回放剛才鐵銹腐蝕過程中溫度、壓強曲線動態圖像，邊引導學生分析邊解決學生心中的困惑。最后通過觀察圖像可知：氯化鈉溶液體系中，溫度高而壓強卻低，說明該體系中溫度高低不起決定性作用。

需要說明的是，在探索式情境中的引導環節里，對于基礎較好的學生，教師要不斷鼓勵學生質疑，稍微點撥方向即可，切記不可用力過度，破壞學生自主學習的機會。但對于基礎稍薄弱的學生，教師就要多給出一些提示，幫助搭建問題的梯子從而激發學生深度學習。

科學探究是初三學生探索化學世界的重要研究方式，大多數化學實驗可以通過教師演示和學生分組真實地進行實驗操作，只有在學生的真實體驗中才能增強學生的實驗技能和科學素養，以達到新課標要求的“做中學、用中學、創中學”。但是對于一些特殊的實驗，比如證明無明顯實驗現象反應的發生，設計思路是既可以證明反應物的減少或消失，又可以證明新物質的生成。無論是前者還是后者，都可以用定性或定量實驗完成，其中定量實驗也可以通過數字化傳感技術完成，它對創設探索式教學情境更加有益。

綜上，學生通過觀察數字化實驗，一方面提高了學習化學的興趣，開拓了視野，感受到一些前沿科技在化學中的應用；另一方面，將數字化技術應用于初中化學實驗教學中，創設的探索式教學情境也體現了未來初中化學創新實驗的數字化趨勢，展現了初中化學實驗從一維走向多維，從靜態走向動態，從定性走向定量的發展態勢。

三、利用AR技術創造虛實結合式情境

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術是指通過3D技術在真實物體上疊加虛擬對象，從而達到一種視覺混合增強效果，具有虛實結合、無縫交互、浸潤學習等特點。近年來深受許多教師的青睞。目前，在我國化學教學應用中還處于起步階段，而《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中指出“對于因受時空限制而在現實世界中無法觀察和控制的事物和現象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環境有危害的實驗，可用AR等技術手段呈現”。

例如九年級化學下冊課本第八單元中“鐵生銹實驗”存在反應時間過長，學生課前作業完成度不高等問題。因此教師必須要尋求新的教學手段輔助課堂。查閱資料可知，一些教師對鐵生銹實驗進行了各種改進，比如有教師用純氧、球形干管、細鐵絲團等設計的一體化實驗裝置；還有教師通過創造富氧環境，增大鐵與水、氧氣的接觸面積，使得鐵生銹實驗在課堂上快速演示等改進措施。但在這些過程中還是不能體現最基礎的科學探究過程，而且裝置組裝較為復雜，學生并未知其原理。然而，AR技術在這節課的應用中創造了一個虛實結合式情境，很好地提高了教學的交互性，使學生能夠直觀地感受到真實的實驗環境，從而推進科學探究過程的“真”“快”“新”。

鐵生銹是一個緩慢的氧化過程，一般要觀察到明顯現象至少一周時間，現在我們用ARa0aZot1Rc2xkfcXkuQVQQYC4QNBcgtKFm85pqvcehwU=技術能快速地觀察鐵生銹的過程。例如教師利用AR界面進行投屏演示實驗，這個環節的設計是在AR基礎上通過深層次真實實驗探究讓學生掌握鐵生銹的原理。這種虛實結合式情境能激發學生學習的積極性，讓學生思維發散，更適合自主化學習，不失為一種創新。

AR運行的載體大多為智能手機或平板電腦，因此需要多部手機作為課堂學習的工具，這僅適用于一些硬件設備相對較好的學校。受條件所限，目前很難在我省所有學校中進行普遍性推廣。

四、利用交互式白板創建聚焦式情境

聚焦式情境，指的是文字、圖像、聲音、動畫、視頻單獨使用或任意結合在一起產生的情境，可以起到聚焦的作用，讓學生把目光和思考聚焦在這個情境中。交互式白板被廣泛應用于課堂教學中，目前我校既有班級在使用鴻合系統，也有在使用希沃。無論哪種，它們都為創建聚焦式情境發揮了作用。

1.利用視頻制作軟件，使課堂引入更容易聚焦

九年級化學上冊第二單元空氣教學中，需要學生了解法國化學家拉瓦錫如何測定空氣中氧氣含量的實驗過程。要講述這個故事，如果是教師口述，學生會覺得枯燥無味，但是如果借助視頻制作軟件在交互式白板上播放《拉瓦錫的自述》，讓科學家以“自述”的方式，講述拉瓦錫利用汞進行鐘罩實驗探究空氣中氧氣含量的過程，有利于激發學生的學習興趣，感受科學探究的過程，使課堂引入更加生動，學生更容易進入這樣的聚焦式情境中。這個自述不是簡簡單單的口述也不是簡單的從網上下載視頻，而是選擇了類似央視《典籍里的中國》節目里，由學生扮演的“科學家”自述科學探究過程，這樣的引入過程相比于單純的教師口述更能吸引學生，抓住學生的眼球，激發學生的興趣。課前由學生自導自演完成微視頻錄制，讓學生有機會真正參與課堂準備，提高學生課堂參與度。同時也解決了課堂時間有限和課堂容量不足的矛盾，讓整個課堂更具活力。這個可謂是創新之舉，因為這就是素養目標實踐化的情境學習。

2.利用實驗器材仿真軟件，創新聚焦式情境

化學學科的發展促進了人類生活水平極大程度的提高，但隨著化學工業的發展也無可避免地導致了一些環境污染問題。在初中化學實驗教學階段，利用紅磷燃燒進行“空氣中氧氣含量的測定”就是一個會產生污染的實驗，加上學生操作不規范和使用藥品的浪費，這對環境保護而言是一個極大的負擔。因此，教師利用希沃白板，使用實驗器材仿真軟件，讓學生在聚焦式情境中“完成實驗”，不但能避免環境污染，還能在教學中滲透綠色化學觀，強化學生的環保意識，這也是一大創新。

當然這只能針對個別實驗，必須說明的是，大多數實驗還是需要教師真實的演示和學生真實的動手操作，絕對不能把實際的操作變成虛擬的演示。

3.理論課教學中，交互式白板的創新應用

九年級化學課程中，并不是所有的新課都必須做實驗，有的課如《核外電子的排布》《化學式與化合價》等理論性較強的內容，還有的復習課、試卷講評課中均可利用希沃白板中的“攝像”功能讓全班同學均可觀察到清晰的導學案，坐在后排的同學不再陷入伸長脖子什么也看不到的尷尬境地中。在分析原子結構示意圖或書寫化學式時，教師利用“筆”勾畫應重點關注的地方，吸引學生注意力，聚焦易錯點和難點。

科學探究復習課上，“拍照上傳”功能可以快速地在白板中展示學生在導學案中書寫的實驗設計方案，學生之間通過交流與討論，深入分析操作中的變量以及可行性。相較于純靠“聽”來理解其他同學的實驗設計，“看”卻能為討論提供更持久的素材和感性的認知，從而順利地將學生帶入聚焦式情境中。

交互式電子白板解決了原多媒體投影中存在的空間限制問題，增加的互動功能讓學生能清晰地看到現場演示實驗的現象和同學留下的書寫痕跡，便于聚焦問題所在，推動課堂的深入探討，在實施聚焦式情境教學中發揮了創新作用。

教師在改進、優化、創新課堂教學時，應充分考慮信息技術的功能和價值，并將其與自身教學有效結合，但要注意合理安排信息技術在課堂教學中占用的時間，避免本末倒置，主次不分。同時也要考慮到不能完全用信息技術取代傳統教學中真實的實驗操作和有效的師生互動、生生互動等。總之，現代信息技術的創新使用必須巧妙地利用才能使課堂情境式教學煥發出勃勃生機，快速地適應新時代的要求和發展。

【參考文獻】

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