基于智慧教室環(huán)境下科學(xué)探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計研究

王莉莉

摘 要：現(xiàn)如今，智慧教育已成為我國教育領(lǐng)域發(fā)展前行的新方向，而智慧教室則是智慧教育的主要構(gòu)成部分，并且對教育事業(yè)發(fā)展發(fā)揮著積極促進作用。文章以初中階段化學(xué)課程為例，研究了在實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)和技能培育的教育目標過程當(dāng)中，如何把智慧教室和學(xué)生科學(xué)探究能力培育相結(jié)合，并借助智慧教室電子白板與實物展臺等功能，調(diào)動學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)掘?qū)W生學(xué)習(xí)動力，培育學(xué)生創(chuàng)新精神以及科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：智慧教室;科學(xué)探究能力培養(yǎng);教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-04-18 文章編號：1674-120X（2020）27-0101-02

一、引言

在初中階段，化學(xué)課程具有諸多重難點，學(xué)生學(xué)習(xí)起來相對困難。以氣體的實驗室制取為例，這節(jié)課程在知識目標方面要求學(xué)生熟練掌握二氧化碳與氧氣的制取原理、實踐操作與注意事項;在能力目標層面要求學(xué)生了解實驗室制取氣體的過程中，實驗裝置的選擇與操作原理的規(guī)律，并學(xué)會按照實際需要，進行小組探討，展開交流評價，并明確最優(yōu)方案。所以，教師營造教育情景，科學(xué)應(yīng)用教育手段，培育學(xué)生的科學(xué)探究能力，使學(xué)生領(lǐng)悟知識獲取的路徑極為重要?；诖耍疚闹塾诮逃繕?，結(jié)合智慧課堂，營造問題情景，呼吁學(xué)生交流協(xié)作，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)設(shè)計實驗方案并展開探究，使其掌握科學(xué)探究的方式，培育其勇于創(chuàng)新和勤于實踐的精神、分析問題與解決問題的能力、善于協(xié)作和積極溝通的意識。

二、智慧教室概念與理念概述

（一）智慧教室概念

所謂智慧教室，是一種典型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的物化，是網(wǎng)絡(luò)與多媒體教室的高級形態(tài)，它是憑借智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)等建構(gòu)的新型教室，這一新型教室涵蓋無形的數(shù)字空間與有形的物理空間，借助多樣性的智能設(shè)備輔助教育內(nèi)容展現(xiàn)、便于教學(xué)資料獲取、推動課堂交互進行，具有環(huán)境管理與情景感知功能。而智慧教室的目的在于為教育活動供給智能化和人性化的交互空間，憑借數(shù)字空間和物理空間的有機融合，遠程和本地的結(jié)合，優(yōu)化人和學(xué)習(xí)環(huán)境間存在的聯(lián)系，在學(xué)習(xí)空間中落實人和環(huán)境的有效交互，推動泛在學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)以及個性化學(xué)習(xí)的實現(xiàn)。從某種意義上而言，現(xiàn)如今多媒體教室面臨的問題與教室環(huán)境設(shè)計、技術(shù)裝備間存在緊密聯(lián)系。重構(gòu)傳統(tǒng)教室環(huán)境，建設(shè)適宜學(xué)生學(xué)習(xí)及教師教學(xué)的全新環(huán)境，是教育事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。伴隨智慧城市、智慧地球等概念的涌現(xiàn)及相關(guān)技術(shù)的繁榮發(fā)展，合理運用云計算技術(shù)、傳感技術(shù)、多媒體技術(shù)以及AI技術(shù)等完善教室設(shè)施、優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境、創(chuàng)建智慧型教室已是必然選擇。

（二）智慧教室構(gòu)成

智慧教室和傳統(tǒng)教室存在一定差異，智慧教室作為智慧環(huán)境系統(tǒng)的分支，是支撐智慧教育的必要條件與智能化空間，它可以利用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘以及學(xué)習(xí)分析等方式把社會感知、物理感知與網(wǎng)絡(luò)感知完美銜接，生成智能型教育和學(xué)習(xí)一體化的環(huán)境體系，而這一教室的組成元素是教學(xué)活動主體、教學(xué)活動條件及教學(xué)活動空間。首先，教學(xué)活動主體包含管理者、教育者及受教者。管理者是指對智慧教室實施管理、監(jiān)控與維護的服務(wù)人員;教育者指的是在智慧教室當(dāng)中實施教育工作的教師、助教等教學(xué)人員;而受教者即在智慧教室當(dāng)中開展學(xué)習(xí)活動的關(guān)鍵性主體。其次，教學(xué)活動條件?；谥腔劢淌噎h(huán)境的教學(xué)活動，具有更為嚴謹?shù)囊?，個性化且豐富的線下線上教學(xué)資源、為教育活動服務(wù)的多元化智能終端、以大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)為依托的云平臺、提供創(chuàng)造性與個性化學(xué)習(xí)環(huán)境的服務(wù)系統(tǒng)等為新型智慧教育活動的進行提供了必要條件。再次，系統(tǒng)環(huán)境因素。系統(tǒng)環(huán)境主要涵蓋教育、溫濕度調(diào)節(jié)、燈光控制、視頻監(jiān)控、自動考勤等系統(tǒng)。其中，教育系統(tǒng)是教師開展教育活動的主要系統(tǒng);溫濕度調(diào)節(jié)和燈光控制系統(tǒng)是為學(xué)生提供最智能、環(huán)保與舒適環(huán)境的功能性系統(tǒng);視頻監(jiān)控系統(tǒng)是確保教育活動可靠、安全進行的保障性系統(tǒng);考勤系統(tǒng)則是有效解決以往考勤難問題的智能系統(tǒng)。

（三）智慧教室功能

在智慧教室背景下，原有的學(xué)習(xí)模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新能力培育模式。智慧教室是智慧環(huán)境的物化形式，有效豐富了當(dāng)前智慧教育的理論內(nèi)涵及其在實踐方面的應(yīng)用路徑，為促進智慧教育事業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。首先，個性化教育功能。在以智慧教室為依托的教學(xué)活動中，教師可針對學(xué)生群體存在的個性化差異設(shè)置新的課程，從而確保學(xué)生找到適合自身學(xué)情的學(xué)習(xí)模式，同時教師還可按照學(xué)生不同性格制訂針對性的學(xué)習(xí)課程。這一個性化育人模式不僅可運用在面對面的課堂教育中，還可用于遠程教育中。其次，多工具教育功能。智慧教室可提供諸多教育工具便于教師選擇并應(yīng)用于教學(xué)中，借助多樣性呈現(xiàn)技術(shù)，充實教育內(nèi)容。同時在學(xué)習(xí)層面，可調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，推動學(xué)生進行體驗式與探究式學(xué)習(xí)。在具體交互中，師生可采取自然交互的方式對交互內(nèi)容展開交互，以此來落實多維度交互目標。再次，數(shù)據(jù)分析功能。借助智慧教室實施教育工作的過程當(dāng)中，教師可以通過信息采集把學(xué)生課堂學(xué)習(xí)所形成的數(shù)據(jù)資源進行有效整合，并利用分析技術(shù)展開學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)生信息整合以及教學(xué)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出異同點，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)需求以及學(xué)習(xí)取向，為日后的學(xué)習(xí)取向提供數(shù)據(jù)支撐。

三、基于智慧教育的科學(xué)探究能力培育的教育設(shè)計

（一）教學(xué)設(shè)計思路

教育工作的最終目標并非單純地讓學(xué)生累積知識，而要使其具備知識實踐應(yīng)用的能力，此能力需要學(xué)生在實踐探究當(dāng)中培養(yǎng)。初中階段化學(xué)的實驗室制取氣體課程中，知識容量大且知識點復(fù)雜。如果采取傳統(tǒng)的教學(xué)形式，學(xué)生容易感到乏味枯燥，并逐漸缺失興趣，難以達到預(yù)期效果，更無法實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究能力的培育目標。因而，教師應(yīng)適時轉(zhuǎn)變教育策略，在具體教學(xué)中創(chuàng)造活動情境，把智慧課堂和學(xué)生科學(xué)探究能力的培育充分結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的積極性。在課前階段，教師要提前布置相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生獨立復(fù)習(xí)。在課堂教學(xué)期間，借助智慧教室平臺所具備的即時反饋與搶答系統(tǒng)了解學(xué)生對過往所學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)效果。隨后通過層次性問題的設(shè)計，驅(qū)動學(xué)生主動思考，利用問題驅(qū)動學(xué)生持續(xù)創(chuàng)新，使其將實驗探究作為主要方法，經(jīng)過小組探討合作、完善與優(yōu)化實驗計劃，持續(xù)提升科學(xué)探究能力。最后，教師可把學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用的智慧教室助手和實物展臺等設(shè)備反饋至電子白板當(dāng)中，由師生一同進行分析和評價，真正使學(xué)生感受到主動思考、合作探究與交流探討的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生能運用所學(xué)內(nèi)容解決具體問題，培育其學(xué)科素養(yǎng)和探究能力。

（二）具體教學(xué)過程

第一，復(fù)習(xí)導(dǎo)入，運用智慧教室調(diào)動學(xué)生的探究欲望。教師先利用課件展示出所提問題：實驗室制取二氧化碳與氧氣的反應(yīng)原理、制取裝置是什么？并利用智慧教室的搶答器選擇兩名學(xué)生，學(xué)生一完成問題，學(xué)生二進行點評。隨后師生共同進行總結(jié)歸納，最后教師提出過渡銜接問題：實驗室制取二氧化碳和氧氣的收集裝置若收集有毒氣體，是否可以防止空氣污染？這一教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計目的在于借助智慧教室的搶答器激發(fā)學(xué)生對化學(xué)課程的興趣，運用計時器功能，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成問題，提升課堂教學(xué)質(zhì)效。提出問題，調(diào)動學(xué)生探究欲望，指導(dǎo)學(xué)生按照實際要求，優(yōu)化實驗方案，培育創(chuàng)新精神。

第二，實驗探究，通過智慧教室落實教育互動。在此環(huán)節(jié)中教師要明確該活動的主題：探索有毒氣體的收集裝置如何改進。并提出問題：在有毒氣體收集的過程中，如何優(yōu)化裝置來防止空氣污染？隨后進入實驗準備階段，由四人構(gòu)成合作探究小組，提前將實驗中可能運用的儀器與藥品置于實驗籃當(dāng)中，以便在化學(xué)實驗探究中按照實際需求自由選擇。在具體實驗探究當(dāng)中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生展開組內(nèi)分析、探討，并選擇適宜的儀器展開探究實驗，教師則進行巡視，針對學(xué)生探究情況進行指導(dǎo)與點評，對方案不合理之處提出疑問，指導(dǎo)學(xué)生展開進一步探究，選取典型裝置，運用智慧教室的拍攝功能，上傳至電子白板中，并選擇一名學(xué)生匯報組內(nèi)實驗狀況。該活動設(shè)計目的在于借助拍攝功能，把學(xué)生實驗探究的整個過程體現(xiàn)出來，以便師生形象和直觀地分析探討，在調(diào)動學(xué)生實驗探究興趣的同時，提高學(xué)生的實操能力，培育科學(xué)探究能力，改善教學(xué)成效。

（三）教學(xué)設(shè)計特色

本研究涉及的化學(xué)課程教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了新課程改革的理念，真正發(fā)揮了學(xué)生的課堂主體性，主張對學(xué)生探究能力、動手能力以及動腦能力的培育，感受知識和技能生成的整個過程與創(chuàng)新精神培育的過程，使學(xué)生創(chuàng)新以往學(xué)習(xí)模式與學(xué)習(xí)觀念，從而在探究學(xué)習(xí)中形成并提升化學(xué)核心素養(yǎng)與探究能力。另外，在課堂教育中，重視學(xué)科教育和信息技術(shù)的高度結(jié)合，著重發(fā)揮出智慧教室的輔助功能，借助智慧教室各平臺，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，運用拍攝、實物展臺與錄像等功能，把學(xué)生練習(xí)與實驗探究的整個過程上傳至電子白板中，由師生一同分析探討，激發(fā)了全員參加意識，加強專注力，提升了聽課效果。

四、結(jié)語

以智慧教室為依托的學(xué)生科學(xué)探究能力的培育，是在智慧教室智能環(huán)境的支持下，推動學(xué)生群體開展實驗探究的學(xué)習(xí)模式。在這一智能教育環(huán)境下，教師可及時、充分掌握學(xué)生學(xué)情，并靈活調(diào)整課程教育進度及內(nèi)容，在實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究能力培育目標的同時，建設(shè)高效的初中化學(xué)課堂。

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