基于智慧课堂的教学设计——以“铁及其重要化合物”为例

徐 伟 吴东旭 鹿钰锋

(1.合肥工业大学附属中学 安徽合肥 230009)(2.合肥师范学院化学与化学工程学院 安徽合肥 230601)

云计算、大数据、AI等信息技术的加速发展和推广应用，以及智慧课堂的硬件建设的飞速发展，使教育进入了智能化时代。智慧课堂基于大数据技术，实现师生信息交换，建构了智能化的学习环境，实现了课内与课外、线上与线下、虚拟与现实的统一，实现了全时空的教学，推动了智慧教学模式的创新，实现了因材施教和个性化学习，促进学生不断发展。智慧课堂是以建构主义、人本主义等学习理论为指导，以学生活动为载体，以数据统计分析为支撑，以培养学生核心素养为宗旨的高效课堂。

一、智慧课堂教学设计的理论基础

建构主义、人本主义等学习理论是建构智慧课堂教学设计的理论基础。智慧课堂的教学是以学生为中心的教学，教师应关注学生素养的提升，培养全面发展的人。智慧课堂学习环境下，学生的学习基于确定的情境，借助教师和同学的帮助，通过建构的方式获得知识，进而发展能力。学习不再是以个人为主体的过程，而是在智能环境下联通学生与信息源的活动，也就是利用新型的信息技术中介，在环境的联结中学习。在这些理论的指导下进行智慧课堂的教学设计，能准确把握情境创设、教学数据的采集与处理、学习过程的评价与反馈、课堂的教学互动和课后的个性化辅导等关键要素，落实“以学生为中心”的核心思想，从而加强学生的主体地位，激发学生的学习兴趣和动机，促进学生积极参与课堂学习、主动进行知识建构。

二、智慧课堂的教学设计

在传统的课堂教学设计中，教与学往往是相对独立的，其之间的联系与反馈方式比较简单，难以全面深入地进行交流与互动。而在智慧课堂中，由于技术的运用，使得教与学的要素与流程发生了重大变化，教与学互动、协作，相互融合为一体。

智慧课堂是全时空的教学，所以智慧课堂的教学设计分为三个时段，即课前段、课中段和课后段。

课前段的教学设计主要围绕基础知识的学习和学情分析。教师根据课标和学情设计学生的预习内容，以微课、课件和进阶练习的形式发布至智慧教学平台上。学生在课前自主学习平台推送的学习材料，完成预习任务，实现先导学习和自主学习。教师从智慧课堂平台收集学生预习反馈的问题，进行二次备课。

课中段的教学设计围绕情境创设和课堂探究。教师先通过创设基于真实生活的情境，引导学生进入新课内容的学习；然后围绕学生的问题组织学生互动研讨或实验探究，再进行知识的总结和展示；最后进行或者练习应用。

课后段的教学设计围绕知识的巩固和个性化的辅导。教师通过设计有一定梯度和难度的练习，帮助学生巩固，最后师生一起完成知识的总结。

智慧课堂平台在线上学习中主要发挥监督、推送、记录、反馈、分析、个性辅导等作用。智慧课堂教学设计如图1和图2所示。

图1 智慧课堂教学活动设计图

图2 智慧课堂教学设计图

三、基于智慧课堂的“铁及其重要化合物”教学设计

基于以上的设计思路，研究从基于智慧课堂的角度来重构教学设计，其相关内容呈现如下。

(一)课程标准及教学目标

学科核心素养教学目标对应的素养A宏观辨识与微观探析B变化观念与平衡思想C证据推理与模型认知D科学探究与创新意识E科学精神与社会责任结合真实情境下的应用或者是实验探究,了解铁及其重要化合物(氧化物、氢氧化物、亚铁盐、铁盐)的主要性质,了解其在生产、生活中的应用和对人类社会发展的影响。A、E能从实验现象(宏观)的变化(微观)和化学方程式(符号)等方面建立对化学反应的多重表征,初步建立对铁、铁的氧化物、铁的氢氧化物、亚铁盐和铁盐性质等事实的宏观认知和微观探析以及符号表征,提升学生的知识表征水平。A、C通过实验探究铁的氧化物、铁的氢氧化物、亚铁盐以及铁盐等物质的性质,实现物质间的相互转化,引导并发展学生实验探究的水平。A、B、D通过探究过程的设计、展示和评价,实现学生的证据推理和模型认知水平的发展,培养学生的批判性思维能力。C、D

(二)教学过程

1.课前段

学生通过智慧课堂推送的自主学习任务单和学习资料进行自主学习。学习任务包括：(1)不同铁的氧化物的俗称、性质与用途；(2)氢氧化亚铁和氢氧化铁的制备；(3)Fe的检验；(4)进阶练习。学生通过自主学习完成知识的内化。

教师活动：

(1)教师将相关学习内容上传到学校智慧课堂平台，并将预习任务和要求布置给学生。

(2)回收并检查学习任务单的完成情况，分析进阶练习的数据，然后根据反馈来进行二次备课。

学生活动：

依据智慧课堂平台推送的学习资料自主学习，完成学习任务单上的任务。

(1)对于有疑惑的或者没有弄懂的问题，在平台答疑区进行讨论或反馈给老师。

(2)完成进阶练习中的练习。

设计意图：课前让学生自主预习平台上的学习资料，然后进行进阶练习，并提出学习中的疑问等，旨在提升学生独立自主获取关键信息和总结问题的能力。

2.课中段

课中段教学分为三个环节：(1)交流讨论，释疑解惑；(2)发现问题，开展探究；(3)创设情境，学以致用。

环节一：交流讨论，释疑解惑。

学生首先在学习小组中提出自己在课前预习时的疑惑，然后小组内讨论解决；没有解决的问题由小组统一提出，全班交流讨论，最后教师进行答疑。在小组讨论时，教师要主动巡查并参与其中，对小组的讨论进行引导，记录小组讨论较多的问题，并进行答疑。以下为小组讨论较多的问题：(1)为什么制取的Fe(OH)往往不纯净？(2)怎样才能制得较纯净的Fe(OH)？(3)哪些因素导致制备的Fe(OH)不纯净？

设计意图：学习成效金字塔理论指出，将教学中的答疑环节设计为学生讨论的方式，其比教师讲解的方式效果更好。在交流讨论环节，贯彻建构主义理念，让学生在合作中解决问题，感受自主学习和合作学习带来的成就感。其不仅可以提高学生语言表达能力和分析解决问题的能力，还可以增进生生之间、师生之间的感情。

环节二：发现问题，实验探究——探究什么物质把Fe(OH)氧化成Fe(OH)

图3 实验装置

引导学生发现在制备Fe(OH)的实验过程中，试管中有少量的红褐色沉淀生成，也就是Fe(OH)被氧化成Fe(OH)。对此现象提出假设：(1)可能是溶液中溶解的O氧化的；(2)可能是容器中的O氧化的。

学生设计实验方案并讨论，教师注意引导学生利用氧气传感器测定实验过程中O含量的变化，同时向学生介绍氧气传感器、三颈瓶等实验装置(如图3 实验装置)。

学生通过观察发现有大量灰绿色沉淀生成，记录溶解氧传感器和氧气传感器测出的氧化含量得出曲线图,进而得出结论。通过图像发现，在三颈烧瓶中氧气和溶解氧的含量同步不断减少，这说明空气中的氧气溶解在溶液中，溶液中的氧气直接参加反应，从而导致二者含量不断减少。实验结果表明，实验过程中发生了氧化反应。

图4 溶解氧变化曲线 图5 瓶内气体中氧气含量变化曲线

设计意图：引导学生依据实验现象进行合理的假设，并设计实验进行探究，提升学生的核心素养；同时实验探究中的数字化实验实现了将溶液中和容器中的氧气浓度的变化实时地呈现，促进了学生从定性实验到定量实验的认识升级，也促进学生从定量的角度理解反应的本质，实现了化学学习从三重表征到四重表征的升级。

环节三：创设情境，学以致用——运用氧化还原知识解决实际问题

教师展示“维生素C和Fe搭档效果会更好”的视频，引导学生产生“为何二者一起使用效果会更好”的问题。在问题的引领下指导学生阅读学习相关药品的说明书，组织学生分析讨论，最后教师进行知识总结。

设计意图：创设基于真实生活的情境，让化学知识从教材走到现实生活中。这样学生不仅学习了知识，而且还能够使用它们。同时加深学生对Fe性质的认识，使其初步具备辩证的科学态度。交流讨论中，学生从化学的角度来认识生活，提高了学生对化学学习的兴趣，增强了学生学习化学的动力。

3.课后段：知识总结 练习巩固。

学生利用智慧平台进行练习巩固，并针对错误题目在平台上展开讨论。平台根据学生答题的情况，个性化推送练习讲解和类似练习，进行个性化辅导。

设计意图：学生在线练习，既能检测知识的掌握情况，还能查漏补缺，做到快速实时地评价和改正。信息技术的全方位高效应用，提供了科学的、高效的测试和评价手段，极大地提高了教学的效率和质量。

四、教学特色与反思

课前段利用智慧课堂推送学习任务和学习资料让学生自主学习，有利于培养学生的问题思维和自主学习能力。学生在自主完成学习任务的过程中思考并提出问题，教师通过平台进行信息获取和分析，然后精准地在课中进行讨论交流、讲解和答疑，从而提高教学效率。

课中段通过智慧课堂及时清晰地将学生的学习、交流讨论的情况反馈给教师，使教师更准确地进行内容等的调整，使教学目标更具体化和可操作化。

课后段，智慧课堂将学生的练习情况及时总结并反馈给教师，教师利用平台进行个性化的辅导与作业的推送，使得教学更具有针对性和个性化。

在三个阶段的教学中，知识的掌握、理解由学生在课前段的自主学习中完成；知识的分析、应用等需要通过教师的帮助在课中段完成；而课后段的巩固和个性化作业推送又确保了因材施教。

智慧课堂教学模式更能体现以学生为中心。在探究过程中，学生发现并且能够真正自主地解决问题，最大程度上体现了科学研究的一般方法，是一种非常符合化学核心素养要求的教学方式。

智慧课堂教学模式有利于学生高阶思维的发展，其还是改变传统师生关系、联结线上线下教学、开展各种活动等的有效途径之一，实现了传统课堂向新型课堂的转型。