周業(yè)虹

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，平板電腦、智能手機(jī)等設(shè)備得到普及，電子閱讀已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈蛯W(xué)習(xí)的重要組成部分。數(shù)字教材作為一類面向教育教學(xué)的特殊電子書，越來越受到人們的重視與關(guān)注[1]。所謂數(shù)字教材，是指符合國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)，在紙質(zhì)版教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，嵌入豐富的教育資源，能夠在多媒體上運(yùn)行的一種新型數(shù)字化產(chǎn)品[2]。它改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的呈現(xiàn)方式，不僅做到了資源立體化，而且有效地實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的共享。

一、數(shù)字教材及其應(yīng)用意義

1.關(guān)于數(shù)字教材

數(shù)字教材是以紙質(zhì)版教材為依托，嚴(yán)格遵循紙質(zhì)版教材的編寫體系，在呈現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上編制的電子教科書。與紙質(zhì)版教材相比，數(shù)字教材具有提供立體視頻資源、平面圖畫、仿真實(shí)驗(yàn)室、交互式習(xí)題等功能，使教材真正具備了知識(shí)直觀化、交流互動(dòng)化、利用無限化、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)[3]。因此，在中學(xué)教學(xué)中引入數(shù)字教材，可以為教學(xué)提供更大的支持，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

2.數(shù)字教材的應(yīng)用意義

(1)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

數(shù)字教材中的資源生動(dòng)活潑，有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的視頻操作準(zhǔn)確、現(xiàn)象清晰，學(xué)生可以通過觀察并分析鮮活的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象獲得知識(shí)、提升思維能力。資源內(nèi)容豐富全面，拓寬了學(xué)生的視野，使學(xué)生更多地了解學(xué)科知識(shí)在社會(huì)中的價(jià)值。交互式習(xí)題的設(shè)計(jì)，特別是其中的講解可以讓學(xué)生通過練習(xí)知其然也知其所以然。這些都激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

(2)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

目前，正在大力倡導(dǎo)課堂教學(xué)方式改革，翻轉(zhuǎn)課堂是其中一種重要的形式。利用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，這無疑有助于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升。數(shù)字教材的使用可以更好地實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，因?yàn)閿?shù)字教材中的立體資源學(xué)生可以隨時(shí)觀看，它也可以為翻轉(zhuǎn)課堂提供測(cè)評(píng)等教學(xué)活動(dòng)支持。教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，利用數(shù)字教材的這些特點(diǎn)在課前給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生提前進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且利用測(cè)評(píng)工具及時(shí)對(duì)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行測(cè)試。在此基礎(chǔ)上進(jìn)入課堂教學(xué)后，一方面可以結(jié)合課下學(xué)習(xí)時(shí)的困惑跟教師展開討論，另一方面可以結(jié)合教師提出的更深層次的問題進(jìn)行思考，以此使得學(xué)習(xí)能力得以不斷提升。

(3)發(fā)展學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)

學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不同，興趣點(diǎn)也有差異，面對(duì)數(shù)字教材提供的豐富的素材資源，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)時(shí)，可以根據(jù)自己的喜好，有選擇地學(xué)習(xí)其中的數(shù)字資源，由于針對(duì)性強(qiáng)，可以使學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上都得以發(fā)展。教師在備課時(shí)同樣可以依據(jù)所教學(xué)生的特點(diǎn)、認(rèn)知層次合理地選擇與組合數(shù)字資源；根據(jù)教學(xué)的需要，也可以自行補(bǔ)充、添加資源，使其更好地為學(xué)生的成長(zhǎng)服務(wù)。

二、依托化學(xué)數(shù)字教材設(shè)計(jì)教學(xué)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》明確指出：“應(yīng)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。”在大力倡導(dǎo)發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的今天，如何充分利用數(shù)字教材的教學(xué)價(jià)值設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，使學(xué)生正確理解化學(xué)知識(shí)并合理應(yīng)用于實(shí)際問題解決，最終發(fā)展其學(xué)科核心素養(yǎng)。

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)在使用數(shù)字教材進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用“情境→探究→建構(gòu)”的教學(xué)方式，即：利用數(shù)字教材提供的資源創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，把學(xué)生放在這些真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)知識(shí)；利用數(shù)字教材中的資源帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探究；最終引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)。這種教學(xué)方式可以極大地發(fā)揮數(shù)字教材的教育功能，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。下面以義務(wù)教育人教化學(xué)數(shù)字教材進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析。

1.質(zhì)量守恒定律[4]

質(zhì)量守恒定律是人民教育出版社出版(以下簡(jiǎn)稱“人教版”)的九年級(jí)上冊(cè)教材中的重要理論內(nèi)容，是正確書寫化學(xué)方程式及進(jìn)行定量計(jì)算的基礎(chǔ)。學(xué)生在積累了氧氣、水等物質(zhì)的性質(zhì)和用途，分子和原子等化學(xué)基本概念，化合反應(yīng)、分解反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)基本類型之后，從定量的視角開始研究化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)間的關(guān)系，學(xué)會(huì)用化學(xué)方程式這一符號(hào)表征化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)，逐步建立宏觀與微觀相結(jié)合的思想。在質(zhì)量守恒定律的學(xué)習(xí)中，學(xué)生面臨的難點(diǎn)問題是如何理解“參加反應(yīng)”及反應(yīng)體系需要“密閉”。結(jié)合“情境—探究—建構(gòu)”的教學(xué)方式，教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

【情境】可將以下化學(xué)史資源添加到數(shù)字教材中，利用該化學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境：1673年，波義耳在敞口容器中加熱金屬，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后金屬質(zhì)量增加了，因此認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量不相等；而1774年，拉瓦錫在密閉容器中研究氧化汞的分解和合成時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前后各物質(zhì)的總質(zhì)量相等，因此認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量相等。由此使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突：到底化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量是否相等呢？在此過程中，有意識(shí)地融入了科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

【探究】在該活動(dòng)中，可利用數(shù)字教材中的資源帶領(lǐng)學(xué)生圍繞質(zhì)量守恒定律中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題從不同角度進(jìn)行多次探究，直至最終得出相關(guān)結(jié)論。

探究1：化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量相等嗎？

教師可以利用數(shù)字教材中的視頻—以在密閉容器中的紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)為載體，引導(dǎo)學(xué)生觀察在密閉容器中紅磷燃燒前后物質(zhì)的質(zhì)量相等，之后運(yùn)用數(shù)學(xué)工具帶領(lǐng)學(xué)生分析反應(yīng)前體系中的化學(xué)用品及反應(yīng)后體系中的化學(xué)用品，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析哪些物質(zhì)質(zhì)量相等，初步分析得到實(shí)際參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，初步建構(gòu)分析化學(xué)反應(yīng)的思維模型，融入證據(jù)推理意識(shí)的培養(yǎng)。

探究2：化學(xué)反應(yīng)前后哪些物質(zhì)的質(zhì)量相等？

教師可以利用數(shù)字教材中的視頻—在密閉容器中鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，模仿教師在紅磷燃燒反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系的分析方法，繼續(xù)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析反應(yīng)前后體系中的質(zhì)量關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最終正確認(rèn)識(shí)“參加反應(yīng)”這4個(gè)字的實(shí)際含義，同時(shí)，融入證據(jù)推理意識(shí)的培養(yǎng)。

探究3 ：為什么在有氣體參加或生成的化學(xué)反應(yīng)中，研究質(zhì)量守恒關(guān)系一定要強(qiáng)調(diào)在密閉容器中進(jìn)行？

此時(shí)教師可以設(shè)計(jì)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生利用敞口容器和密閉容器分別進(jìn)行碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)，并引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注在有氣體的反應(yīng)中密閉容器的重要性，完善學(xué)生對(duì)質(zhì)量守恒定律的認(rèn)識(shí)。這培養(yǎng)了學(xué)生獲取證據(jù)進(jìn)行推理、變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。

【建構(gòu)】在學(xué)生得出質(zhì)量守恒定律之后，教師要進(jìn)一步帶領(lǐng)學(xué)生從微觀的角度理解這個(gè)定律。可以利用數(shù)字教材中的動(dòng)畫—電解水的微觀動(dòng)畫，讓學(xué)生觀看動(dòng)畫，從中獲取信息：在反應(yīng)前后，物質(zhì)、分子種類、分子數(shù)量有變化，原子種類、原子數(shù)量無變化?；瘜W(xué)反應(yīng)時(shí)，原子進(jìn)行了重組，所以反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量不變；幫助學(xué)生建立宏觀和微觀結(jié)合的思想，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獲取證據(jù)進(jìn)行推理、變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。由此，真正建構(gòu)了質(zhì)量守恒定律這一重要內(nèi)容。

案例評(píng)析：從質(zhì)量守恒定律的教學(xué)案例可以看出，在突破參加反應(yīng)、密閉容器這兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)的過程中，數(shù)字教材提供了豐富的立體資源，教師可以結(jié)合這些資源，引導(dǎo)學(xué)生完成探究活動(dòng)，層層剝離，帶領(lǐng)學(xué)生深入理解化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒的宏觀內(nèi)容和微觀本質(zhì)，最終使學(xué)生提升認(rèn)識(shí)、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.二氧化碳制取的研究[4]

二氧化碳?xì)怏w的制取研究是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》中科學(xué)探究的內(nèi)容。這之前，學(xué)生在第二單元中學(xué)習(xí)了氧氣的制法，初步形成了實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路，初步學(xué)會(huì)了如何連接儀器、組裝實(shí)驗(yàn)裝置。但是在氧氣的制取研究中，限于學(xué)生的認(rèn)知水平，教材重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了制取氧氣的原理，而對(duì)于試劑的選擇、裝置的選擇沒有過多描述。因此本節(jié)課的學(xué)習(xí)要達(dá)到的目的是使學(xué)生盡快地從簡(jiǎn)單模仿到有目的完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)選擇反應(yīng)物，并依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇試劑、裝置，進(jìn)一步學(xué)會(huì)組裝實(shí)驗(yàn)裝置，最終形成實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路和方法，為高中階段繼續(xù)學(xué)習(xí)氯氣、氨氣、乙烯等氣體的制備打下基礎(chǔ)。

本節(jié)課學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于反應(yīng)物的選擇、儀器的選擇與組裝。為突破教學(xué)重點(diǎn)，結(jié)合“情境→探究→建構(gòu)”的教學(xué)方式，設(shè)計(jì)了如下教學(xué)方案。

【情境】提出問題，讓學(xué)生回憶并分析所學(xué)習(xí)的能生成二氧化碳?xì)怏w的全部反應(yīng)，引出制取二氧化碳?xì)怏w原理的討論，引導(dǎo)學(xué)生從反應(yīng)物廉價(jià)、易得，產(chǎn)物純凈或易分離、無污染，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。在此過程中，融入證據(jù)推理的素養(yǎng)教育。

【探究】為了形成正確制取二氧化碳?xì)怏w的方法，可以設(shè)計(jì)如下3個(gè)探究活動(dòng)。

探究1：選擇制取二氧化碳?xì)怏w的試劑。在這個(gè)活動(dòng)中，教師先給出了碳酸鈉粉末、大理石顆粒分別與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的相關(guān)資料，讓學(xué)生從資料中獲取定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步篩選出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳?xì)怏w的試劑。之后將拍攝的實(shí)驗(yàn)視頻添加到數(shù)字教材中，作為資源播放給學(xué)生，讓學(xué)生觀看視頻，做出定性比較，教師實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的合理試劑和反應(yīng)原理，并使學(xué)生理解選擇的依據(jù)，同時(shí)融入證據(jù)推理意識(shí)。

探究2：如何選擇實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置？教師帶領(lǐng)學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的裝置特點(diǎn)。然后根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用品選擇、設(shè)計(jì)并組裝制備二氧化碳?xì)怏w的裝置。教師在課堂上實(shí)時(shí)將學(xué)生組裝的過程呈現(xiàn)到屏幕上，并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，做到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程可視化。最終，教師將組裝好的、正確的裝置呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生分析每一部分裝置的作用、選擇的依據(jù)等，并學(xué)會(huì)對(duì)已知的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)，形成制取氣體的一般思路和方法。由此，幫助學(xué)生建構(gòu)制取氣體的模型。

探究3：動(dòng)手實(shí)驗(yàn)制取二氧化碳?xì)怏w。教師讓學(xué)生根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)出來的制取二氧化碳?xì)怏w的裝置，實(shí)際動(dòng)手操作，組裝裝置、制取氣體、檢驗(yàn)氣體是否收集滿，體驗(yàn)制取氣體的全過程，進(jìn)一步完善氣體制備模型的建構(gòu)。

【建構(gòu)】通過上述學(xué)習(xí)，教師帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出了實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路，即：確定試劑和原理，依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件確定發(fā)生裝置、依據(jù)氣體的性質(zhì)確定收集裝置，根據(jù)氣體的性質(zhì)確定檢驗(yàn)方法。在形成基本思路和模型之后，教師將學(xué)習(xí)提升到了更高的層次，即帶領(lǐng)學(xué)生解決陌生氣體的制備問題。教師提前將氨氣的性質(zhì)及制備原理的相關(guān)資料添加到數(shù)字資源中，讓學(xué)生閱讀資料，獲取信息，選擇氨氣的發(fā)生裝置、收集裝置，根據(jù)氣體有毒的信息，分析得出需要增加尾氣處理裝置等，滲透了科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任這一核心素養(yǎng)。

【案例評(píng)析】在“二氧化碳制取的研究”教學(xué)中，分為以下幾個(gè)層次：首先學(xué)習(xí)制取二氧化碳?xì)怏w試劑的選擇、儀器的選擇與連接，初步建構(gòu)制取氣體的一般思路；其次由二氧化碳?xì)怏w拓展遷移到陌生氣體的制取裝置的選擇，進(jìn)一步完善制取氣體的一般思路；再進(jìn)一步拓展到未來學(xué)習(xí)制取氣體時(shí)可能關(guān)注的更為精細(xì)的問題，為日后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。為此，教學(xué)中教師不僅利用了數(shù)字教材本身提供的資源，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際，教師又添加了一些資源，這些資源從定性、定量?jī)煞矫孀寣W(xué)生獲得二氧化碳制取的相關(guān)知識(shí)，有力地發(fā)展了證據(jù)推理與模型認(rèn)知這一學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、結(jié)語

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》中提出了“信息技術(shù)與教育融合發(fā)展”的目標(biāo)。在時(shí)代教育不斷發(fā)展的過程中，數(shù)字教材由于具有立體資源豐富、素材形象生動(dòng)、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，被越來越廣泛地應(yīng)用到中學(xué)課堂教學(xué)中來?；瘜W(xué)學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的特點(diǎn)深受學(xué)生喜愛，而數(shù)字教材中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的資源的使用彌補(bǔ)了部分學(xué)校條件的不足，給學(xué)生更自主靈活的學(xué)習(xí)空間。因此將中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)與數(shù)字教材相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更理想的教學(xué)效果，更好地發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。