智慧课堂在物理化学实验教学改革中的应用*

张雅洁，徐梦媛

(江苏第二师范学院生命科学与化学学院，江苏 南京 211200)

物理化学实验课程是高等学校化学及其相关专业的必修基础课程，是加深学生们对物理化学理解和运用的重要途径。当前，我国物理化学实验课程教学中存在着诸多问题，例如：以教师为中心、学生被动学习、互动有效性低、验证性实验比重高、与实际应用相关性低、对学生的探究意识和创新能力培养不足等，严重影响了课程目标的实现[1-2]。因此，亟需在物理化学实验教学中注入新的思想与方法。

在过去的数十年中，中国基础教育呈现出课堂改革从“高效课堂”到“翻转课堂”再到“智慧课堂”的发展变化[3-4]。智慧课堂是基于“互联网+教育”背景下应运而生的新型课堂教学模式，它的出现为“解决物理化学实验课程传统教学模式的不足”提供了一种新思路。

1 物理化学实验的传统教学模式及存在的问题

在物理化学实验课程的传统教学模式中，没有充分依据课程自身特点来设计科学有效的教学活动，也没有借助先进的技术手段来实现教学活动，因此物理化学实验传统教学模式存在很多问题[5-6]。现分为三个环节(实验前、实验中、实验后)来具体分析传统教学模式的一般做法、产生的问题及其影响。

1.1 传统教学模式下的“实验前”环节

在“实验前”这一环节中，教师根据实验内容完成教学设计，并准备好相关材料；学生则根据教材进行预习并完成报告。这样的教学模式中，实验前教师和学生通常缺少互动。导致在授课前，教师对学生预习中存在的疑问以及预习效果通常不能及时把握，因此教学内容的针对性不强。

1.2 传统教学模式下的“实验中”环节

实验中这一环节也是线下课堂教学为主的环节，一般分为“理论知识讲授”、“教师演示实验”、“学生重复实验”三个部分。传统教学方式在“实验中”这一环节，存在几个较为显著的问题：①“教师主体，学生跟学”的模式具有较大局限性；②互动方式单一、效率低；③实验的“验证”意味较强，学生追求“完美”地完成实验而非通过实验探索知识；④小组合作意识较差，部分成员参与度低等[7-8]。这些问题直接导致“滥竽充数”的现象在教学中时有发生。

1.3 传统教学模式下的“实验后”环节

实验后这一环节中，学生需要分析处理实验数据，总结实验情况，完成实验报告并提交给教师批改；教师结合实验过程和实验报告情况，形成教学反思。这一环节中，普遍存在“学生的反馈不足、后续师生缺乏互动”的现象。

在传统教学模式下的物理化学实验课堂，虽然便于教师把握教学进度，但因教法学法、时间空间等局限，也凸显了很多问题。如：“教学相长”的作用不能得到很好的体现，学生的个性化发展较难实现，通过实验教学培养学生看待科学问题的质疑精神和创新意识无法落实等，对传统物理化学实验的教学方法进行改革已经迫在眉睫。

2 智慧课堂教学模式的特点及其应用优势

智慧课堂是一种顺应“互联网+教育”发展而产生的新型教学模式。在过去五年的实践探索过程中，学者们对“智慧课堂”的准确定义虽还没有达成一致意见，但已初步形成了一些共性认识[9-10]。基于前人的研究成果，本文讨论的“智慧课堂”是具备“借助互联网技术和智能终端的支持，构建智慧化虚拟学习平台，满足教育的开放性、互动性、多元性、实时性等需求”这一特点的新型线上线下混合式智慧教学模式。在物理化学实验课程中，尝试运用智慧课堂教学模式，关注其“智慧性”的体现，可以提高物理化学实验课程的教学质量。以下将从四个方面来阐述：

(1)教学理念与目标：智慧课堂围绕“学生主体，教师主导”的理念开展个性化教学，通过引导学生主动构建知识，来培养学生的探究意识和创新能力，实现每位学习者全面自由地发展。

(2)技术手段：引入“互联网+”的新技术手段，借助智能终端开展智慧课堂教学活动。常见的智能终端(如智能手机、平板电脑等)具有便捷性、实时性、可靠性、多任务性等特点，有助于学习者充分利用碎片化时间，灵活地实施教与学的各项活动，不再局限于实验室及课表时间[11]。

(3)交互方式：智慧课堂通过智能终端和虚拟教学平台开展的交互活动，能够实现对交互活动(如：主题、对象、地点、时间等)的灵活调整，满足学习者个性化交互需求，是一种具备实时性、开放性、多样性、广泛性的强交互模式[12]。

(4)评价与反思：智慧课堂中的评价与反思更关注参与者的体验与收获。结合整个教学过程，采取更加灵活、多元、开放、全面的智慧化考核与评价方式，使参与者们对自身的表现和知识掌握情况有更全面的认知。

综上，智慧课堂是一种将“教与学”、“线上与线下”、“全面发展与个性化发展”有机结合的智慧化的“开放式”教学模式。在智慧课堂理念下开展物理化学实验课程的学习，有望使教与学变得更加多元化、灵活化、开放化、趣味化，实现学习过程由“被动认知”向“主动探求，创造智慧”的转变，对培养具备质疑、探究、创造等科学品质的人才有着重要意义。

3 智慧课堂教学模式在物理化学实验课程中的应用

智慧课堂教学模式下的物理化学实验课堂，充分注重“学生主体地位、教师主导作用”的理念。基于这一理念，笔者围绕“实验前”、“实验中”、“实验后”三个环节，从“教师”、“学生”两个角度，分别说明如何基于智慧课堂教学模式开展物理化学实验课程的教学活动。

3.1 智慧课堂教学模式下的“实验前”环节

“实验前”环节学习效果的好坏，决定了师生在“实验中”环节能否高效完成预设任务，是课程教学目标能否达成的重要制约因素。

这一环节，教师需要结合实验主题和学生知识背景，借助智慧课堂云平台，完成如下交互：①精选学习资料。除了指定的教材和优选的线上线下优质学习资源外，教师更需要提供查阅其他资料的方法和建议，以培养学生搜索知识的能力。②预设多元化问题。例如《燃烧热的测定》实验可以设问：“试探讨‘实验原理’的不完美之处”、“尝试改进氧弹式量热计”等。通过引导学生发现“不完美”、“可改进之处”，培养学生敢于发现问题的质疑精神；通过完善“不完美”，引导学生由“接收知识”转向“创造智慧”，促进学生探究思维的形成。③审核学生申请的实验方案。根据实验方案的科学性、合理性以及实验室现有条件，综合评估方案的可行性。条件允许时，鼓励学生开展探究实验。④完成下一步教学设计。教师通过与学生的互动、虚拟实验平台的大数据分析结果等信息，针对学生们预习时遇到的各类问题，确定解答方式(录制实验难点讲解和实验操作演示的微课、线上平台互动、线下课堂精讲等)，优化下一步教学设计。

学生们围绕实验主题和预设问题，主要开展如下学习互动：①成立学习小组。根据自身的学习习惯、兴趣爱好等因素，自由选择学习伙伴组成学习小组；也可以由线上虚拟交互平台的云计算和大数据分析，智能推荐合适的学习伙伴。②开展互动研讨。借助线上智慧学习平台，学习者们可以开展组内、组间、校内、校外的云互动，极大地拓展了交流的广度与深度。③借助虚拟实验平台，开展仿真预演。基于虚拟实验平台，学生不仅可以检验自己对于“成品”实验的认知程度，而且可以将实验模拟中产生的困惑提前反馈给教师。甚至，可以借助虚拟实验平台的丰富功能，完成探究实验方案的仿真模拟，提高实际操作时的效率和成功率。④制定实验方案，提交申请。通过虚拟实验平台的模拟，完善实际实验时探究问题的方案，并向教师申报所需要使用的仪器、药品、耗材等。在条件允许的情况下，教师鼓励学生开展探究验证活动并积极参与其中，实现师生共同学习。

3.2 智慧课堂教学模式下的“实验中”环节

实验中，教师和学生处于面对面的线下实验室内，交互方式以实时当面交流为主，智慧课堂云平台交互为辅。

这一环节中，教师主要完成以下工作：①通过智慧教学平台开展限时测试，实时快速了解学生现况；②基于教学设计和智慧平台反馈的实时数据，与学生共同探讨前期学习中发现的主要疑问、本次实验的注意事项与基本目标；③实验开展期间，参与各小组的线上线下实时互动；④留意观察每位学生的实验过程的表现，并形成过程性评价。

学生们在“实验中”这一环节中，主要开展以下学习活动：①灵活选择“自组”或“智能推荐”的分配方式，进行智慧化分组；②以小组为单位，按照预定的实验方案开展实验；③观察实验现象、及时记录数据；④开展线上讨论互动，探讨解决实验中发现的问题。

3.3 智慧课堂教学模式下的“实验后”环节

在“实验后”环节中，教师和学生分别对本次实验课程进行最后的整理完善，以形成对“教”与“学”全过程的智慧化评价与反思。

最后这一环节，学生们主要完成如下学习活动：①分析处理数据，结合实验操作现象，分析误差来源；②通过线上线下查阅资料、互动讨论等方式，讨论解决仍存有的疑问；③需要实验验证的问题，可以借助虚拟实验平台模拟或者向教师申请开展补充实验；④归纳得出实验结论；⑤基于智慧课堂云平台统计的学情数据，形成对整个实验学习过程的评价与反思；⑥整理形成一份完整、科学的实验报告。

教师在“实验后”环节中，主要开展如下工作：①适时参与学生的互动，并在需要时提供建议；②审核学生提出的补充实验申请，合理安排实验室的开放；③批阅学生提交的完整实验报告，并反馈意见；④汇总并分析智慧学习平台收集的教学活动数据；⑤基于整个教学活动过程中收集到的线上线下学情数据，以及自身在教学过程中的体会与收获，形成智慧化教学反思与评价。

至此，师生共同完成了一次智慧课堂教学模式下的物理化学实验课程的学习，但智慧课堂教学模式对学习者以及整个物理化学实验课程的影响却不会因为一次课程的结束而停止。在智慧课堂中，学习者所收获的创新思维方式和探究性学习体验，将在其后续学习中发挥积极作用；智慧平台所收集的数据和相关结论，也将进一步推动物理化学实验课程的建设。

4 结 语

相比于传统教学模式，智慧课堂能够通过智慧虚拟平台的云链接，实现“跨空间、跨年级”的深度互动，加强了教学活动在实验前、中、后三个环节的深度联系，有助于物理化学实验课程三位一体目标的全面实现，对于培养具备创新思维与探索精神的人才有着重要意义。未来，仍需要通过更多的实践探索，不断完善智慧课堂教学模式，以期在物理化学实验课堂中发挥更大的作用。