利用数字化教学资源设计组织学生活动

陆高原

摘要： 从利用数字化教学资源支持学生活动的视角，进行“1mol气体体积测定的再研究”课堂教学设计，运用“在线共享文档”实现对学生学习活动的管理、活动进程的反馈、学习情况的记录等教学功能，为教师开展指导、提问、评价、时间分配等教学行为提供丰富的数据信息依据，提高课堂教学的效益。

关键词： 数字化教学资源; 1mol气体体积测定; 课堂教学

文章编号： 1005-6629（2020）03-0045-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  问题的提出

课堂教学过程是由一系列教学活动构成的，“学生的主体”地位和“教师的主导”作用需要在具体的教学活动中体现出来。传统的多媒体课件作为一种信息化教学环境下常用的教学方法和手段，在学习情境创设、教学内容呈现、动态过程展示等方面为教师教学提供了帮助和支持[1]。在现今数字化时代，教师的信息化教学行为主要还是设计制作多媒体教学内容进行呈现和演示，其设计的重点落在对教学内容的加工上，课堂教学信息化仅仅是数字化教学资源的呈现。数字化教学资源还远没有成为教师组织管理课堂教学以及支持学生学习活动的工具[2]。

2018年4月，教育部颁布的《教育信息化2.0行动计划》提出，目前教育信息化还存在的问题之一是： 数字化教育资源开发与服务能力不强，信息化学习环境建设与应用水平不高。因此，要继续深入推进“三通两平台”，实现三个方面的普及应用。“宽带网络校校通”实现提速增智，无线校园和智能设备应用逐步普及。“优质资源班班通”和“网络学习空间人人通”实现提质增效，在“课堂用、经常用、普遍用”的基础上，形成“校校用平台、班班用资源、人人用空间”的格局。课堂教学信息化不仅是教学内容的数字化，也是学习方式、教学方式、组织方式的信息化。传统概念中的多媒体课件已经无法承担起课堂教学信息化的重任，必须对课堂数字化教学资源的功能进行拓展，使其成为教师组织管理课堂教学的工具，特别是成为支持学生学习活动的工具。

基于以上思考，本文以“1mol气体体积测定的再研究”课堂教学为例，开展如何利用数字化教学资源组织学生学习的教学活动。

2  “1mol气体体积测定的再研究”教学设计

2.1  教学分析——应用数字化资源确定学生学习的最近发展区

“1mol气体体积的测定”是上科版高中二年级《化学》第十章第一节，本节课是第二课时。根据《上海市高中化学学科教学基本要求》，本节知识学习水平要求： D级（综合）;技能学习水平要求： C级（设计）。前一课时，学生学习了实验的原理和实验步骤，并用“气体发生器+储液瓶+液体量瓶”装置（见图1）做了实验。

图1  化学反应气体体积测定仪

为了了解学生对测定1mol气体体积的实验原理和实验操作步骤的理解掌握程度，确定学生学习的最近发展区，课前布置学生以学习小组为单位，设计1mol气体体积测定的实验装置和步骤，并将实验装置图和步骤上传到“在线共享文档”，部分小组上传的实验方案见图2。

图2  第一和第五组学生上传的1mol气体体积测定的实验方案

利用数字化教学资源——“在线共享文档”的支撑，实现师-生、生-生之间对实验方案的交流和讨论。从学习小组优化实验方案等活动，教师了解到学生对实验步骤设计的内在原因理解尚不够深刻，尤其是对此定量实验中提高数据“准确性”、保证被测气体的压强等于大气压、确定被测气体冷却至室温的方法和具体实验操作还不够熟悉，从而确定学生学习的最近发展区，以及本节课的教学目标。

2.2  教学目标——体现数字化教学资源支撑下学生活动的目标导向性

（1） 学会设计测定1mol气体体积的实验方案，学会测定1mol气体体积的实验操作，能够比较和评价各种1mol气体体积测定方案的优缺点。

（2） 在测定1mol气体体积的实验活动过程中，发现和体会排水法测量气体体积装置的特点，以及实验条件的控制对完成科学实验及探究活动的作用。

（3） 通过开展测定1mol气体体积的活动，体验合作研究的过程，养成注重事实、严谨求实的科学态度，增强团队意识，养成独立思考、敢于质疑和勇于創新的精神。

2.3  教学策略——体现数字化教学资源支撑下学生活动的高效性

本节课从学生已学过的“测定1mol气体体积”实验原理、装置、步骤等知识的基础上，再设计更精准的实验装置，优化实验步骤。设计学生活动时摒弃以往化学课堂中教师为主角“说化学实验”，学生被动接受的做法，采用把学习设置到有一定梯度的、有意义的活动中——如何提高“测定1mol气体体积”实验的准确性，组织学生小组先在已有基础上设计测定1mol气体体积的实验方案，并进行实验操作活动，将测定的实验数据通过每个小组的移动数字终端输入数字化教学资源——“在线共享Excel文档”中。Excel文档中已设置好了数据处理公式，可自动计算每个小组的实验值和实验相对误差。学生在实验操作活动中能自己发现问题，体验到实验方案的预期和真实的实验操作、实验结果有比较大的差距，从而激发学生优化实验方案和动手操作的欲望，进一步动脑思考、分析问题，改进优化方案，再按照新的方案开展实验，提高实验效率和“精准度”。学生在体验合作学习活动的过程中，养成严谨求实的科学态度、敢于质疑和勇于创新的精神，增强团队意识，从而提升学生“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。

3  “1mol气体体积测定的再研究”教学过程

活动一： 动手实践——分组开展实验，利用“在线共享Excel文档”分析数据

[教师]上节课，同学们体会到用“化学反应气体体积测定仪”测定1mol气体体积，操作复杂、误差较大。所以，现在请各小组成员明确分工、密切配合，按照新设计的实验装置和操作步骤进行实验，看哪一组实验做得又快、数据又准确。

[学生活动]各小组成员合作进行实验，完成实验后自己将实验数据填入“在线共享Excel文档”。（经计算，大多数小组的相对误差超过了1%，还有两组因装置漏气实验失败，见图3）小组成员讨论实验误差产生的原因，并填入“在线共享Excel文档”中，进行小组间的交流。

图3  第一次实验后各小组上传到“在线共享Excel文档”的数据及自动计算的相对误差

设计意图： 学生根据设计的实验方案动手实验，原来信心满满。借助数字化教学资源——“在线共享Excel文档”快速计算、交流实验结果，学生挫折感倍增，激发了学生分析误差原因、再次优化实验方案的动机。6个小组借助数字化教学资源快速、全面地交流产生实验误差的原因，也是相互学习、借鉴的过程。教师运用数字化教学资源管理学生活动，了解各小组学生实验进程及情况，实现课堂时间管理，提高课堂教学效益。运用“在线共享Excel文档”同时记录学生学习情况，为开展对学生学习行为的分析提供基础数据。

活动二： 动脑分析——利用数字化教学资源确定改进、优化实验方案的突破口

教师通过查阅各小组“在线共享Excel文档”中的“误差原因”，发现主要是三方面的原因，一是未检查装置的气密性，装置漏气;二是读数前未调整量气管与水准管内液面相平;三是读数时未等装置内气体冷却至室温。因此组织了如下讨论：

[教师]怎样检查这几套装置的气密性？

[学生1]向水准管中加水至水准管内液面高于量气管内液面，一段时间后，水准管内与量气管内液面差保持不变，说明气密性良好。

[学生2]将量气管倒立在水中，使量气管内液面与烧杯中液面不相平，一段时间后，量气管内与烧杯中液面差保持不变。

[学生3]将连接Y形管的导气管插入液面下，微热Y形管，导管口有气泡，冷却至室温，导管内液面上升到一定高度保持不变。

[教师]我们归纳一下，这三种不同检查装置气密性的方法有什么共同点？

[学生4]（经过思考后）一般条件下，第一种是封闭一部分气体，第二种是使封闭气体的压强不等于大气压，第三种是确定一段时间后封闭气体的体积不变，即不漏气。

[教师]简单总结一下，就是（1）封气;（2）变压;（3）气体体积不变。怎样确定装置中的气体已冷却至室温？

[生1]用温度计测。

[教师]若是在不便于使用温度计的情况下呢？

[生2]（经过思考后）量气管内气体在不等于大气压的情况下，液面高度保持不变。

[教师]对，就是先读一次量气管中的液面刻度，过一段时间再读一次，两次读数一致，说明已冷却至室温。

设计意图： 利用数字化教学资源——“在线共享Excel文档”中记录的学生实验数据和误差产生的原因，确定各学生小组改进、优化实验方案的突破口，更能有针对性地指导学生学习，激发学习兴趣。以前教师对于学生的指导更多依赖于对学生的观察，如今随着数据的累积，教师可以更方便、更高效地发掘学生潜质，成就学生价值，最终实现“数据驱动的因材施教”。

活动三： 动脑之后再次动手实践——数字化教学资源支撑动手实验，动脑思考

[教师]各小组按照改进、优化好的实验装置和操作步骤进行实验，各成员要分工明确、密切配合，看哪一组实验做得又快、数据又准确。

[学生活动]各小组成员合作进行实验，完成实验后自己将实验数据填入“在线共享Excel文档”。

[学生1]第二次实验时，没有测定实验温度，数据处理表格中现在室温下的气体摩尔体积理论值是22.4L/mol，这是不对的。

[教师]这位同学做实验非常严谨，实验温度用第一次实验时测定的25.6℃可以吗？

[学生1]不可以，因为实验温度可能有变化，应该重新测定。用数字温度传感器重新测定，实验温度为25.9℃，比第一次实验时稍高。（将实验温度25.9℃填入数据处理表格，气体摩尔体积理论值修正为24.5L/mol。经计算，原来正的相對误差变小了，原来负的相对误差变大了，其中第四小组的实验误差为0，见图4。学生发出了不同的感叹声。）

[第二学生小组]（实验中仔细观察，发现问题，主动在“在线共享Excel文档”填写）固定装置时管内的空气被压缩，使水准管与量气管内液面不相平（见图4）。

图4  第二次实验后各小组上传到“在线共享Excel文档”的数据及自动计算的相对误差

设计意图： 利用数字化教学资源——“在线共享Excel文档”快速、准确的计算能力，激发学生提高实验效率的激情，并对各小组的实验情况做出比较公平、全面的评价。教师在第二次实验前没有测定实验温度，也没有填写“在线共享Excel文档”中已经设定的“温度”这一栏，促使学生主动发现问题，并大胆地提出，体现严谨的科学态度。第二学生小组注重细节，善于观察，发现“固定装置时管内的空气被压缩，使水准管与量气管内液面不相平”，这是学生在实践活动中获取的“直接经验”。利用数字化教学资源设计组织活动，让学生深度思考，产生更多新问题，激发更多灵感，较好地培养科学探究与创新意识，使化学学科核心素养在其中自然生长。

4  教学反思

4.1  数字化教学资源是管理教学活动和支持学习活动的工具

“在线共享Excel文档”是一种网络数字化教学资源，运用在本节课中进行实验方案和结果的实时记录、数据的快速处理、信息的便捷交流等，能实现对学习活动的管理、活动进程的反馈以及学习情况的记录等功能。增强了生生、师生之间的沟通与交流，促进了学生之间的取长补短，方便了对学生学习行为的分析和评价，激发了学生主动学习的欲望。所以，数字化教学资源是实现教学信息化的基础条件和核心要素。在信息化教学活动过程中，数字化教学资源不仅是学习内容的载体，也是教师组织管理教学活动以及支持学生学习活动的工具。维果茨基和恩格斯托姆在学习“活动理论”中提出： 在信息化课堂教学环境中，数字化教学资源是一种重要的“工具”，而不纯粹是内容和资源，它主要是对教师、学生的行为起到支持作用[3]。要让数字化教学资源起到有效的支持作用，必须从构成活动的教师、学生及其关系为出发点，以活动为基本单元来考察课堂教学的组成结构，分析课堂中学生和教师在活动中的主要行为。

4.2  数字化教学资源的设计与应用要关注对学生学习活动的支持

数字化教学资源是学习内容与教师的教学活动的整合体，教师的教学活动直接体现在数字化教学资源设计与应用的过程之中。课堂教学活动是构成课堂教学过程的最基本单元，也是教师与学生行为的集合体。教师的课堂教学行为是课堂教学活动的实体部分，决定着教学质量，但教师的教学效果必须通过学生的学习活动才能体现出来，因此在教学行为分析中必须将教学的中心落实到学生的学习行为上来。学生的学习行为通常包括： 记录、提问、思考、应答、练习、参与讨论和活动、实验操作等。本节课通过对数字化教学资源功能的设计，重点实现对学习活动的管理、活动进程的反馈、学习情况的记录等功能，为教师课堂教学中开展指导、提问、评价、时间管理等行为提供丰富的数据信息依据，从而实现对学生学习活动强有力的支持，转变学生的学习方式，培养学生的化学学科核心素养，极大地提高学习活动的效益。

參考文献：

[1]余胜泉， 杨现民， 程罡. 泛在学习环境中的学习资源设计与共享——“学习元”的理念与结构[J]. 开放教育研究， 2009， （1）： 47～53.

[2]孙方， 苏仰娜， 朱永海. 数字化教学资源的设计新视角： 从知识加工到教学活动支持[J]. 现代教育技术， 2013， （3）： 50～54.

[3]詹青龙. 活动理论视域的移动学习活动设计[J]. 电化教育研究， 2010， （2）： 58～62.