黃郁郁 王后雄

摘要：教育信息化2.0時(shí)代，教育與信息技術(shù)的交叉融合逐漸成為教育科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)話題。云平臺(tái)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、VR實(shí)驗(yàn)、3D虛擬實(shí)驗(yàn)、交互式電子白板等信息技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中逐漸被廣泛應(yīng)用。信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，打破了傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)的局限性，促進(jìn)了教學(xué)模式和學(xué)習(xí)范式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)教育發(fā)展和教學(xué)改革具有戰(zhàn)略性意義。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);賦能;中學(xué)化學(xué);教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）03x-0007-04??? 中圖分類號(hào)：G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.002

一、引言

教育信息化2.0時(shí)代，以5G、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術(shù)全面滲透到教育教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的重構(gòu)，讓教與學(xué)變得智能而高效[1]。在人工智能發(fā)展高歌猛進(jìn)的時(shí)代，以“人機(jī)共生”為主要特征的智能技術(shù)在教育領(lǐng)域建構(gòu)了嶄新的技術(shù)文明，帶動(dòng)了教育在觀念、主體、方式等諸多領(lǐng)域的整體性“躍遷”[2]。當(dāng)前，信息技術(shù)賦能教育已進(jìn)入常態(tài)化、智能化階段，精彩紛呈的技術(shù)輔助為中小學(xué)教育注入了新的生機(jī)與活力，信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)已成為新時(shí)代課改的必然需求和現(xiàn)實(shí)選擇。

二、傳統(tǒng)課堂與信息技術(shù)賦能課堂的比較

教育的內(nèi)核是促進(jìn)人的成長(zhǎng)，信息技術(shù)與教育的深度融合是未來教育發(fā)展的核心生長(zhǎng)點(diǎn)[3]。如表1所示，相對(duì)于傳統(tǒng)課堂而言，信息技術(shù)賦能的中學(xué)化學(xué)課堂有著更為豐富的教學(xué)資源。這些資源的共享不僅提升了教學(xué)資源的利用率，同時(shí)還大大減輕了教師備課的壓力。在線量化評(píng)價(jià)與口頭質(zhì)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)，解決了傳統(tǒng)課堂評(píng)價(jià)方式單一化的問題，充分發(fā)揮了“教、學(xué)、評(píng)”一體化的診斷功能。融入了信息技術(shù)，課堂活動(dòng)多樣化、趣味化，學(xué)生在人機(jī)互動(dòng)的過程中感受到信息技術(shù)的魅力。學(xué)生在線檢測(cè)，平臺(tái)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)反饋答題情況，顛覆了傳統(tǒng)課堂紙筆測(cè)試的片面性與延時(shí)性，提升了課堂教學(xué)的針對(duì)性、實(shí)時(shí)性與高效性。

三、信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)的特征分析

技術(shù)與教育呈現(xiàn)出融合發(fā)展的態(tài)勢(shì)，推動(dòng)了教育向智能時(shí)代、智慧時(shí)代進(jìn)軍，在很大程度上改變了師生的認(rèn)知模式與行為范式。定量賦分評(píng)價(jià)、投影學(xué)生作品、在線檢測(cè)診斷，實(shí)時(shí)化的人機(jī)互動(dòng)使課堂活動(dòng)評(píng)價(jià)多樣化。先進(jìn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，以符號(hào)和曲線等方式實(shí)現(xiàn)微觀粒子可視化，突出了化學(xué)學(xué)科特征，促使學(xué)生以“宏觀、微觀、符號(hào)、曲線”四重表征的思維方式認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)和變化。資源包和小程序的使用，智能化的人機(jī)互動(dòng)、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，為鮮活的中學(xué)化學(xué)課堂添彩?？鐚W(xué)科資源融合、線上定量評(píng)價(jià)與線下質(zhì)化評(píng)價(jià)相結(jié)合探索增值評(píng)價(jià)方式。線上線下混合教學(xué)緩解了學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷重的問題，促進(jìn)了深度學(xué)習(xí)的達(dá)成。創(chuàng)新化的技術(shù)手段促進(jìn)了中學(xué)化學(xué)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)范式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。小游戲激趣、VR實(shí)驗(yàn)、3D虛擬實(shí)驗(yàn)等個(gè)性化工具的使用，彰顯了化學(xué)學(xué)科特色和育人價(jià)值。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)效果，提升學(xué)習(xí)效率，信息技術(shù)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)的融合具有以下特征，如圖1所示。

四、信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)的實(shí)踐與創(chuàng)新

1.云平臺(tái)的實(shí)時(shí)診斷，促教學(xué)評(píng)價(jià)方式創(chuàng)新

云平臺(tái)指在計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷深入發(fā)展過程中形成的高新技術(shù)支撐下的開源計(jì)算平臺(tái)，借助這類平臺(tái)能提高數(shù)據(jù)處理速度，實(shí)現(xiàn)信息、資源的深度共享?；谠破脚_(tái)進(jìn)行中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，教師在線備課、授課時(shí)，可充分利用實(shí)時(shí)化、可視化、智能化、創(chuàng)新化、個(gè)性化的教學(xué)環(huán)境優(yōu)勢(shì);動(dòng)畫、視頻等具有學(xué)科特色的資源可激趣化學(xué)課堂;簽到、點(diǎn)名、彈幕、舉手等交互功能優(yōu)化了教學(xué)方式?；谠破脚_(tái)，還可以實(shí)時(shí)進(jìn)行互動(dòng)式師生、生生、小組評(píng)價(jià)，定量診斷學(xué)生得分率、完成速度等各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，有利于管理教學(xué)進(jìn)度、調(diào)整教學(xué)流程，充分發(fā)揮“教、學(xué)、評(píng)”一體化的激勵(lì)和發(fā)展功能。

【案例1】學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”時(shí)，教師在線發(fā)布“當(dāng)堂檢測(cè)”試題，學(xué)生在線答題并提交。教師根據(jù)平臺(tái)反饋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。針對(duì)大多數(shù)學(xué)生錯(cuò)的題進(jìn)行當(dāng)堂講解，并在課后進(jìn)行變式訓(xùn)練補(bǔ)充。針對(duì)個(gè)別學(xué)生存在的學(xué)習(xí)問題，課后加強(qiáng)當(dāng)面輔導(dǎo)。云平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的學(xué)生“當(dāng)堂檢測(cè)”數(shù)據(jù)如圖2、圖3、圖4所示。

【案例1解讀】評(píng)價(jià)是教學(xué)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，“教、學(xué)、評(píng)”一體化將學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)、結(jié)構(gòu)化知識(shí)、真實(shí)情境、學(xué)習(xí)任務(wù)、過程性評(píng)價(jià)整合在一起，使學(xué)生經(jīng)歷基于真實(shí)情境的任務(wù)解決的完整學(xué)習(xí)過程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的建構(gòu)[4]。此外，除了量化評(píng)價(jià)，教師還應(yīng)依據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)有機(jī)結(jié)合質(zhì)性評(píng)價(jià)，用口頭等形式對(duì)學(xué)生的突出表現(xiàn)或?qū)W習(xí)困惑進(jìn)行評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生反思，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法。信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，構(gòu)建了彰顯化學(xué)學(xué)科特色的多層次、多維度、綜合性評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，推進(jìn)了信息化教學(xué)方式的實(shí)踐與創(chuàng)新。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的微觀探析，促學(xué)生思維能力提升

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（Digital Information System，簡(jiǎn)稱DIS）是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套軟件組成的，定量采集各種常見數(shù)據(jù)并能與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。能即時(shí)收集數(shù)據(jù)和自動(dòng)生成曲線，使實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)定量研究成為可能[5]。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了學(xué)生化學(xué)思維方式的轉(zhuǎn)變，發(fā)展了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測(cè)性質(zhì)及其變化的思維能力。使學(xué)生在解決化學(xué)問題的過程中，從“宏觀、微觀、符號(hào)、曲線”相結(jié)合的視角形成了質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識(shí)。

【案例2】學(xué)習(xí)“復(fù)分解反應(yīng)”時(shí)，教師演示數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：分別向氫氧化鋇溶液中滴加稀硫酸和水。溶液電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)如圖5所示。

[教師]酸、堿、鹽的溶液能導(dǎo)電，因?yàn)槿芤褐杏心茏杂梢苿?dòng)的離子。該實(shí)驗(yàn)過程中為什么溶液電導(dǎo)率下降？溶液中單位體積內(nèi)的離子數(shù)目和復(fù)分解反應(yīng)是否發(fā)生？有怎樣的聯(lián)系？

[學(xué)生]由于離子結(jié)合，單位體積內(nèi)的離子數(shù)減少了，所以電導(dǎo)率下降了。

[教師]回顧剛才的小組實(shí)驗(yàn)，正是因?yàn)槲⒂^上這些離子相結(jié)合，所以在宏觀上表現(xiàn)為有沉淀或氣體或水生成。生成沉淀或氣體或水，這是復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件。

【案例2解讀】信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將微觀粒子可視化，從微觀層面認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)，幫助學(xué)生建立“宏觀、微觀、符號(hào)、曲線”的聯(lián)系。學(xué)生在證據(jù)與推理、模型與解釋、符號(hào)與表征等具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的高階思維活動(dòng)中，基于四重表征進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)了化學(xué)思維方式的形成。

3.VR實(shí)驗(yàn)的沉浸體驗(yàn)，促學(xué)科魅力價(jià)值呈現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)通過多通道信息融合構(gòu)建交互式三維立體動(dòng)態(tài)場(chǎng)景及行為動(dòng)作仿真，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了強(qiáng)交互性、想象性和沉浸性的學(xué)習(xí)環(huán)境[6]。相對(duì)于中學(xué)化學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)某些有危險(xiǎn)、有毒、有干擾、有反應(yīng)條件限制或經(jīng)費(fèi)限制的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，VR實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诒Ｕ习踩?、減少干擾、降低成本的前提下，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)，對(duì)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、分析、合作能力的提升具有很大的幫助，是一種有效的補(bǔ)充。

【案例3】學(xué)習(xí)“二氧化碳的性質(zhì)”時(shí)，學(xué)生用VR實(shí)驗(yàn)?zāi)M用二氧化碳滅火的過程，如圖6所示。

【案例3解讀】信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，通過VR化學(xué)實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)豐富、鮮活的素材，給學(xué)生提供充分動(dòng)手實(shí)踐和動(dòng)腦思考的機(jī)會(huì)。滅火的真實(shí)情境具有一定危險(xiǎn)性，利用VR虛擬技術(shù)激活學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生身臨其境，沉浸式體驗(yàn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的過程，感受化學(xué)的學(xué)科魅力與現(xiàn)實(shí)價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)能力的發(fā)展。

4.3D實(shí)驗(yàn)的安全逼真，促學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展

2019年2月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018-2022年）》指出：要通過建設(shè)、開發(fā)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目推動(dòng)我國(guó)教育信息化發(fā)展。中央電教館以Unity 3D引擎為基礎(chǔ)開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合虛擬技術(shù)提供精致仿真的3D元器件模型，模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提供了沉浸式的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生了變革性影響。

【案例4】學(xué)習(xí)“碳的化學(xué)性質(zhì)”時(shí)，由于木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)條件為高溫，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性。用3D虛擬技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過程，基于現(xiàn)象進(jìn)行推理，在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，如圖7所示。

【案例4解讀】由于反應(yīng)條件等因素限制，課堂無法完成的學(xué)生實(shí)驗(yàn)可以借助3D虛擬技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，選擇、組裝實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)施實(shí)驗(yàn)并完成記錄。在與同學(xué)的交流與評(píng)價(jià)中形成自主、合作、探究能力。信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，用化學(xué)實(shí)驗(yàn)和信息技術(shù)手段合力探究物質(zhì)及其變化，促進(jìn)學(xué)生形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的一般思路和方法。

5.電子白板的互動(dòng)激趣，促學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變

交互式電子白板是學(xué)校目前課堂教學(xué)的主要工具，整套裝置由智能感應(yīng)筆、投影儀和電子感應(yīng)白板組成[7]，它是繼黑板、書寫白板、幻燈投影之后發(fā)展起來的一款新的教學(xué)設(shè)備。好的教育是激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，引發(fā)學(xué)生共鳴的教育。交互式電子白板整合了豐富的教學(xué)資源，為教師靈活調(diào)用學(xué)科素材打造高效課堂提供了多元支持，為學(xué)生全面參與學(xué)習(xí)活動(dòng)提供了有力保障，催化了課堂教學(xué)從掌握知識(shí)到發(fā)展素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。

【案例5】學(xué)習(xí)“構(gòu)成物質(zhì)的奧秘”時(shí)，教師調(diào)用交互式電子白板資源庫(kù)中的跑步PK、轉(zhuǎn)盤抽題、砸金蛋、消消樂、抽紅包、拼圖等小游戲，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在生動(dòng)有趣的游戲中內(nèi)化知識(shí)，如圖8、圖9所示。

【案例5解讀】交互式電子白板軟件激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)驅(qū)力，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中體驗(yàn)了成就感與愉悅感。交互式電子白板在支持學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)方面有著非常重要的作用。信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)，交互式電子白板教學(xué)資源的應(yīng)用凸顯了化學(xué)課堂的趣味性，引發(fā)了知識(shí)呈現(xiàn)、教學(xué)模式、學(xué)生活動(dòng)等多方面的深刻變革。

五、啟示與建議

信息技術(shù)賦能中學(xué)化學(xué)教學(xué)為深度挖掘化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)價(jià)值，提升學(xué)科魅力提供了可能。激勵(lì)學(xué)生在解決真實(shí)情境問題的過程中形成交流協(xié)作能力、多角度思維能力、反思提升能力，激發(fā)了學(xué)生低階與高階思維的形成，促進(jìn)了知識(shí)建構(gòu)品質(zhì)化，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)化學(xué)教學(xué)多元化發(fā)展，賦予了教育越來越強(qiáng)的能力。認(rèn)清信息技術(shù)的角色定位，利用這種工具和手段探索教育規(guī)律，創(chuàng)新教學(xué)模式，優(yōu)化教育服務(wù)是一線教師和信息技術(shù)人員實(shí)踐探索的重要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]仇森，潘信林，羅妍.新時(shí)代中小學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的現(xiàn)實(shí)障礙與推進(jìn)邏輯[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2021（7）：73-77.

[2]張學(xué)軍，董曉輝.人機(jī)共生：人工智能時(shí)代及其教育的發(fā)展趨勢(shì)[J].電化教育研究，2020（4）：35-41.

[3]曾凡，彭澤平.生命成智：未來教育發(fā)展的中和之道[J].中國(guó)電化教育，2021（3）：24-29.

[4]王冬，李建娣.“教、學(xué)、評(píng)”一體化的教學(xué)實(shí)踐與思考——以《鐵及其化合物的應(yīng)用》為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2020 （11）：67-70.

[5]高偉.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教與學(xué)，2021（01）：83-84.

[6]胡藝齡，聶靜，張?zhí)扃?，吳?具身認(rèn)知視域下VR技術(shù)賦能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果探究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（5）：94-102.

[7]賈引獅.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)版權(quán)交易問題研究[J].科技與出版，2018（7）：90-98.