理化生數(shù)字化教學(xué)方法探索

摘" "要：理化生數(shù)字化教學(xué)存在教學(xué)資源建設(shè)滯后、教師信息技術(shù)應(yīng)用能力不足、數(shù)字化教學(xué)方案設(shè)計欠佳、評價體系有待完善等問題，以初中理化生數(shù)字化教學(xué)為例，提出可從完善數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)、加強教師培訓(xùn)、設(shè)計精細(xì)化教學(xué)方案、構(gòu)建過程評價體系等方面改進，推動數(shù)字化教學(xué)方式的深入應(yīng)用與持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：初中理化生;數(shù)字化教學(xué);核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.98" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1009-010X（2024）32-0047-04

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化教學(xué)逐漸成為教育教學(xué)改革的重要趨勢。理化生學(xué)科具有實踐性、探究性和綜合性等特點，開展數(shù)字化教學(xué)，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。本文擬從數(shù)字化教學(xué)的意義、存在問題以及對策三個方面，探討依托實驗室開展理化生數(shù)字化教學(xué)的相關(guān)研究。

一、提升學(xué)科核心素養(yǎng)的意義

（一）開展模擬實驗，拓寬認(rèn)知領(lǐng)域

隨著科技的發(fā)展，各種虛擬仿真軟件為中小學(xué)生提供了豐富多樣的模擬實驗平臺。虛擬仿真實驗不僅能真實還原實驗操作的每個步驟和細(xì)節(jié)，還可讓學(xué)生通過改變參數(shù)、重復(fù)實驗深入理解實驗原理。這可極大地拓寬學(xué)生的認(rèn)知領(lǐng)域，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。如在物理實驗中，學(xué)生不僅能觀察一般物理現(xiàn)象，還能研究一些極端或危險的物理環(huán)境;在化學(xué)實驗中，學(xué)生不再局限于簡單元素和化合物的研究，還可以探索更復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程;在天文學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生不必進行艱難的實地觀測，就能通過虛擬仿真軟件實時了解太陽系每一個角落的奧秘。豐富多樣的虛擬仿真實驗為提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，拓寬學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域提供了重要支撐。

（二）自主探究，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

虛擬仿真實驗可以提高學(xué)生的自主探究能力。傳統(tǒng)的紙上課堂和教師示范實驗促使學(xué)生只能被動接受老師提供的內(nèi)容，無法深入探究問題的本質(zhì)，具有一定的局限性。而虛擬仿真實驗為學(xué)生提供了充分的自主探究機會。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和能力，選擇感興趣的實驗項目;可自由設(shè)計實驗步驟，改變參數(shù)，記錄數(shù)據(jù);也可通過編程擴展軟件功能，自定義實驗?zāi)Ｐ汀Ｔ谔摂M仿真實驗探究的過程中，學(xué)生可以體會從問題到假說，再到驗證的完整科學(xué)研究方法，培養(yǎng)獨立思考，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。

（三）構(gòu)建學(xué)習(xí)社群，提升合作精神

在虛擬仿真實驗探究項目中，學(xué)生可以組隊協(xié)作，形成具有共同學(xué)習(xí)目標(biāo)的小組。小組成員之間可以分工合作，互相監(jiān)督，交流心得，最終完成實驗任務(wù)或解決探究問題。在團隊合作的過程中，學(xué)生不僅可以取長補短，還可以培養(yǎng)合作精神。虛擬仿真實驗為學(xué)生搭建了一個小型“學(xué)習(xí)社群”，讓青少年在互助合作中成長。此外，虛擬仿真實驗還可以豐富教與學(xué)的形式，打破傳統(tǒng)教室的圍墻。學(xué)生可以隨時隨地進入虛擬實驗室，探索未知世界;老師可以利用這些虛擬平臺，根據(jù)學(xué)生個性和能力的不同設(shè)計豐富多樣的學(xué)習(xí)任務(wù)，使每一個學(xué)生都能發(fā)揮潛能，獲得成就感。

二、理化生數(shù)字化教學(xué)存在的問題

（一）數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)滯后

數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)滯后，存在部分學(xué)科的數(shù)字化資源脫離教材和教學(xué)實際，資源形式單一，交互性不強;一些資源的學(xué)科融合不夠，對學(xué)科知識的拓展和應(yīng)用不足;數(shù)字化資源的更新速度較慢，難以緊跟學(xué)科前沿動態(tài)和社會發(fā)展需求;數(shù)字化教學(xué)資源的共享機制還不健全，學(xué)校和教師獲取優(yōu)質(zhì)資源的渠道受限等問題，這些問題制約了數(shù)字化資源的教學(xué)效能的發(fā)揮。

（二）教師信息技術(shù)應(yīng)用能力不足

教師缺乏數(shù)字化教學(xué)的理念意識，開展信息化教學(xué)的主動性不強。部分教師受傳統(tǒng)教學(xué)方式的影響，不善于利用信息化手段優(yōu)化教學(xué)，課堂上易忽視學(xué)生的主體地位，仍以講授為主。教師對常用教學(xué)軟件、信息化教學(xué)設(shè)備的操作不夠熟練，數(shù)字化教學(xué)基本功有待提升。在教研方面，教師缺少利用網(wǎng)絡(luò)平臺開展研修、交流的意識，數(shù)字化背景下的教學(xué)研究有待加強。這些問題影響了數(shù)字化教學(xué)質(zhì)量和效率的提升。

（三）數(shù)字化教學(xué)方案設(shè)計欠佳

部分?jǐn)?shù)字化教學(xué)方案的針對性和實效性不足，沒有充分考慮學(xué)生的認(rèn)知特點、學(xué)習(xí)需求和知識基礎(chǔ)，方案設(shè)計不能做到因材施教。有的方案教學(xué)活動設(shè)計缺少問題探究、小組協(xié)作、成果展示等多樣化的互動環(huán)節(jié)，不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。課前預(yù)習(xí)、課后拓展等延伸學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)不夠完善，難以實現(xiàn)線上線下的有機融合，影響了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個性化發(fā)展。

（四）評價體系有待完善

目前的評價體系對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)測不夠全面，對學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為、思維品質(zhì)、實踐能力等方面的評價較為缺乏，評價維度有待豐富。評價方式相對單一，主要依靠終結(jié)性測驗，缺少學(xué)生互評、自評等多元評價，評價主體參與不夠廣泛。評價指標(biāo)的設(shè)置不夠科學(xué)，與學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)向的關(guān)聯(lián)性不強。評價結(jié)果的應(yīng)用有限，沒有很好地指導(dǎo)教師改進教學(xué)、加強分層輔導(dǎo)。

三、基于實驗室背景下數(shù)字化教學(xué)提升學(xué)科核心素養(yǎng)的對策

（一）完善數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)

學(xué)校可以加大數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)投入，積極申請各類數(shù)字化教學(xué)項目，逐步完善學(xué)科數(shù)字化教學(xué)資源庫，同時建立常態(tài)化更新機制，保證資源內(nèi)容的先進性。具體來說，就是要制定數(shù)字化資源建設(shè)規(guī)劃，明確各學(xué)科平臺建設(shè)標(biāo)準(zhǔn);進行資源需求調(diào)研，補充虛擬仿真實驗品等;建立定期采購與更新機制，確保資源更新?lián)Q代。以人教版初中化學(xué)“金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”為例，教師可以設(shè)計金屬粉末燃燒、不同金屬氧化反應(yīng)等虛擬仿真實驗，讓學(xué)生通過改變變量觀察不同金屬燃燒反應(yīng)的差異，加深對金屬活動性的認(rèn)識。同時，可以搭建金屬活動性順序的虛擬實驗，讓學(xué)生模擬置換反應(yīng)，通過實驗現(xiàn)象推斷金屬活動性順序，加強對相關(guān)知識的理解和運用能力。此外，還可設(shè)計金屬防腐蝕的虛擬仿真實驗，讓學(xué)生探究不同防腐方法的原理，培養(yǎng)運用化學(xué)知識解決實際問題的能力。通過以上豐富多樣的虛擬仿真實驗實施，學(xué)生可以在實踐中強化知識理解，提升科學(xué)探究能力。

教師在完善化學(xué)學(xué)科數(shù)字化資源的同時，還應(yīng)注重與物理、生物等學(xué)科的融合，開發(fā)跨學(xué)科綜合探究資源。比如針對水資源的議題，教師可設(shè)計模擬不同條件下水污染的擴散過程，分析水體富營養(yǎng)化的危害，探討水環(huán)境保護的化學(xué)方法等，以引導(dǎo)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識分析問題。學(xué)校應(yīng)組織教師開發(fā)符合教學(xué)需求、體現(xiàn)學(xué)科特點的數(shù)字化資源，建設(shè)資源共享平臺，促進優(yōu)質(zhì)資源的交流應(yīng)用。教育主管部門也應(yīng)完善相關(guān)政策，加大資金投入，為學(xué)校數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)提供必要的人力、物力支持，為學(xué)生提供更加豐富、更有針對性的學(xué)習(xí)資源。

（二）加強教師數(shù)字化教學(xué)培訓(xùn)

學(xué)校應(yīng)定期舉辦教師信息技術(shù)培訓(xùn)，幫助教師掌握數(shù)字化教學(xué)所需的軟硬件操作技能，也可要邀請行業(yè)專家，為教師講解優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)方案設(shè)計方法，提高教師的數(shù)字化教學(xué)能力。具體來說，就是要給教師講解數(shù)字化課件制作技巧、虛擬仿真平臺使用方法、數(shù)字化分析工具等，使教師能自主設(shè)計數(shù)字化教學(xué)過程。以人教版初中化學(xué)“燃燒的條件”為例，教師可以采用虛擬仿真軟件，設(shè)置燃燒前后容器內(nèi)氣體成分變化，讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)對比分析燃燒反應(yīng)的本質(zhì)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考“燃燒反應(yīng)中消耗的氣體成分是什么，燃燒產(chǎn)物主要有哪些”等問題。通過分析數(shù)據(jù)變化，學(xué)生可以總結(jié)燃燒需要的條件，理解燃燒反應(yīng)的微觀本質(zhì)。為了讓教師更好地開展類似教學(xué)，學(xué)校應(yīng)加強數(shù)字化教學(xué)培訓(xùn)，一方面要提升教師應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)手段的能力，讓其熟練使用虛擬仿真等軟件;另一方面要指導(dǎo)教師基于學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)向進行教學(xué)設(shè)計，合理設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，把握學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)，切實提升教學(xué)效果。

（三）設(shè)計精細(xì)化教學(xué)方案

教研組要根據(jù)不同學(xué)科和課程的特點，設(shè)計符合認(rèn)知規(guī)律的數(shù)字化教學(xué)方案。方案要根據(jù)內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的互動環(huán)節(jié)，并配合豐富的情景、角色，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體來說，教師要精心設(shè)計實驗準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)記錄、綜合分析的環(huán)節(jié)內(nèi)容與形式，加入適量趣味元素，制造沉浸感，這樣才能真正發(fā)揮數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢。以人教版初中《化學(xué)》“二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)”為例，教師可設(shè)置虛擬仿真實驗，通過改變反應(yīng)物質(zhì)的量來觀察產(chǎn)物量的變化情況，讓學(xué)生進行數(shù)據(jù)分析，加深對化學(xué)計量關(guān)系的理解。在實驗基礎(chǔ)上，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生思考“實驗中哪些條件會影響產(chǎn)物的量，若增大某反應(yīng)物的量會怎樣”等問題。教師通過多次改變條件觀察結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)影響化學(xué)反應(yīng)的因素，加深對反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識。

除了通過虛擬仿真實驗培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)外，教師還要精心設(shè)計其他教學(xué)環(huán)節(jié)。在課前，教師可利用學(xué)習(xí)平臺推送與課題相關(guān)的科普視頻、新聞熱點等資源，創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂上，教師要巧妙設(shè)疑，啟發(fā)學(xué)生自主探究，提出各種猜想，通過實驗驗證或推翻猜想，以此經(jīng)歷科學(xué)探究的完整過程。對于不同層次的學(xué)生，教師要精心設(shè)計有梯度的探究任務(wù)，做好分層指導(dǎo)。小組合作時，教師要加強過程管理，明確任務(wù)分工，引導(dǎo)學(xué)生積極表達(dá)觀點，交流探究心得。課后，教師可在線布置開放性的拓展任務(wù)，如二氧化碳的減排方案設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)原理，結(jié)合生活實際提出解決方案。教師還應(yīng)關(guān)注學(xué)科前沿和社會熱點，及時更新教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立前瞻性、創(chuàng)新性思維。學(xué)校要組織教師成立備課組，集思廣益設(shè)計教學(xué)方案，建立教學(xué)方案改進機制，在實踐中不斷修正完善，突出科學(xué)探究導(dǎo)向。

（四）構(gòu)建過程評價體系

教師要在評價體系中增加數(shù)字化學(xué)習(xí)過程的評價比例，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)投入、互動表現(xiàn)、探究過程等，從多個維度對數(shù)字化教學(xué)效果進行評價，以促進數(shù)字化教學(xué)的有效開展。以人教版初中化學(xué)“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”為例，教師可以通過數(shù)字化互動小測，測試學(xué)生對氧氣易助燃性質(zhì)的理解程度，將測評結(jié)果作為該單元學(xué)習(xí)效果的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)。同時，教師還可以設(shè)置開放性的探究任務(wù)，讓學(xué)生利用虛擬仿真技術(shù)制取并收集氧氣，探究氧氣的性質(zhì)。在探究過程中，教師要及時給予指導(dǎo)，幫（下轉(zhuǎn)第52頁）（上接第49頁）助學(xué)生理清思路、優(yōu)化實驗方案。課后引導(dǎo)學(xué)生撰寫實驗報告，提升其分析問題、科學(xué)論證的能力。

在構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)評價體系時，要突出過程性評價，建立教師評價、學(xué)生互評、自我評價相結(jié)合的多元評價機制。評價維度要全面，不僅要考察學(xué)生對知識的掌握，還要重視科學(xué)探究、創(chuàng)新實踐等學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。教師可利用教學(xué)平臺的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和過程性數(shù)據(jù)，分析其興趣特點、認(rèn)知規(guī)律等，為個性化教學(xué)提供參考。評價方式要靈活，線上與線下相結(jié)合，采取在線測試、電子作業(yè)、成果展示等評價形式，提高評價的信效度。學(xué)校還要建立評價結(jié)果反饋機制，利用評價數(shù)據(jù)精準(zhǔn)診斷學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題，使教師有針對性地開展教學(xué)指導(dǎo)。評價標(biāo)準(zhǔn)的制定需要教師、學(xué)生、家長、社會各界的廣泛參與，以使評價結(jié)果客觀準(zhǔn)確，評價過程透明公正。通過構(gòu)建科學(xué)的過程評價體系，多維度、動態(tài)地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以此激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，引導(dǎo)教師反思教學(xué)得失，形成教學(xué)相長、良性互動的育人機制。

數(shù)字化教學(xué)為課堂教學(xué)提供了更豐富的手段，學(xué)校與教師需要從資源建設(shè)、培訓(xùn)支持、方案設(shè)計、評價體系等方面推動數(shù)字化教學(xué)方式的深入應(yīng)用與持續(xù)發(fā)展。

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