现代信息技术在情境式教学中的创新应用

【摘要】以九年级化学课堂教学为例阐述了现代信息技术在创设情境式教学中的四点创新应用：利用手持技术创新问题式情境；利用数字传感技术创设探索式情境；利用AR技术创造虚实结合式情境；利用交互式白板创建聚焦式情境。

【关键词】手持技术；数字传感技术；AR技术；交互式白板；情境式教学

传统教学把教学本质定位为学生的特殊认知过程，突出表现在认知对象上以“间接经验”为主。因此长期以来，信息技术服务于课堂教学都是通过多媒体播放幻灯片或视频来实现的，形成了一种以“听讲、理解、记忆、背诵、作业”为主要活动的“双基”本位的教学方式。这种状况已经越来越跟不上当今教学的要求。因为新课标倡导的素养教学需要充分发挥实践的育人功能，加强知行合一、学思结合，倡导“做中学”“用中学”“创中学”。

为了进一步落实2022年版初中化学新课标，在课堂教学中需要创设真实的问题情境以实现素养化教学目标。如果能借助现代信息技术则可起到提质增效、事半功倍的效果。本文以九年级化学课堂教学为例，从以下四个方面谈谈现代信息技术在情境式教学中的创新应用。

一、利用手持技术创新问题式情境

手持技术又称“掌上技术”，这里主要指手持手机同步投屏，将实验过程和实验现象真实地反映在大屏幕上，解决因为位置远和偏而导致的观察不到或观察不清的问题，这种“手持技术”被许多化学教师广泛使用在实验课上。

情境式教学的作用不言而喻，无论是新课还是复习课，在导入阶段创设情境式教学能起到事半功倍的效果。一般化学教师都会通过演示实验提出问题引起学生兴趣，激发学生思考从而顺利引入新课。但是在演示过程中，学生坐得远或偏就不容易观察到实验现象，特别是一瞬间产生化学变化的现象，这个时候如果能借助于一些小软件的帮助，效果立现。如乐播投屏软件被广泛使用在实验过程中，只需要在手机和电脑上同时安装“乐播投屏”软件，通过手机拍摄功能把现场实验过程同步上传到电脑屏幕上，学生只需观看屏幕上的同步视频即可。教师在实验过程中也可以通过拍照，收集不同的情况发送到电脑上，最多可同时播放9张照片形成九宫格，这种特别适合学生分组实验后的汇报总结阶段。教师将实验过程中巡视到的各种情况拍照下来，汇报总结时引导学生对其分辨对错，从而很好地将学生带入问题式情境中，便于提升学生的判断能力和纠错能力，有利于学生的自我成长。

例如“空气中氧气含量的测定”是人教版九年级化学上册第二单元课题1的内容，是初中化学一个非常重要的开端实验。在新课学习阶段，由于学生刚接触化学不久，没有足够的实验技能和科学素养支撑，课堂基本以教师演示和讲授为主，学生基本以掌握原理和记忆为主，课堂参与度不高。为了扭转这种状况，手持技术必不可少。课上，教师叫一名学生用手机拍摄教师演示实验的全过程，特别是要对着观察的重点部位拍，此时已经创设了一个问题式情境—学生会想“老师意欲何为？”……为了将学生彻底地带入问题式情境中，教师需边演示边提问“红磷燃烧时有什么实验现象？”“实验结束后，你观察到集气瓶内的水位有什么变化？”“为什么红磷要足够多？少量行不行？”“可燃物为什么要选用红磷？用其他可燃物比如木炭、硫粉行不行？”“为什么一定要等到集气瓶完全冷却才能打开弹簧夹？”等一系列问题。

通过手持技术播放实验视频吸引学生的目光不叫创新，而通过问题矩阵将学生引入问题式情境中才叫创新，此时教师应审时度势，及时地利用照片或视频引导学生思考和回答，这些问题就会迎刃而解，从而将这节课的教学重点兼难点很好地突破和解决，实现知识情境化学习的素养转化。

二、利用数字传感技术创设探索式情境

随着科学技术的发展，越来越多高精尖的技术和仪器被应用于化学研究中，数字化传感器就是其代表之一。数字传感技术是由数据采集器、传感器与配套软件组成定量采集各种常见数据并能与计算机连接的一种实验技术系统，也称为“数字化技术”。其最突出的特点是便携、实时、准确、直观，数据变化过程与实验过程同步进行，可将实验数据以数字或图像方式同步显示出来，因此能够较为直观、定量与全面地辅助化学教学。其工作原理如图1所示：

图1 数字传感技术工作原理

例如在测量空气中氧气含量的实验需要用到的仪器有：温度、气压、氧气三种传感器，一个三颈烧瓶。当三条曲线显示出来后，此时教师提问：“大家通过观察数字传感器得到的图像，能获取什么信息？每条曲线的走势分别说明什么问题？”……教师一一引导学生观察曲线的走向趋势，根据实验原理分析原因，在师生互动中创设探索式情境，一步步搭建问题的阶梯层层登高，将学生的思维从低阶引向高阶，彰显数字技术在探索式情境中的创新应用。

再如利用数字化传感技术测定铁锈蚀过程中氧气含量的变化。教师先利用温度传感器后利用气压传感器，边实验边显示过程中温度和气压的变化，结果是压强差反应了生锈的快慢，对此有学生提出质疑“到底是温度还是压强起到了决定性作用？”

面对这种课堂生成性教学资源，针对学生提出的异议，教师首先要做的就是表扬和鼓励这位学生。其次为了创设探索式情境，可以回放刚才铁锈腐蚀过程中温度、压强曲线动态图像，边引导学生分析边解决学生心中的困惑。最后通过观察图像可知：氯化钠溶液体系中，温度高而压强却低，说明该体系中温度高低不起决定性作用。

需要说明的是，在探索式情境中的引导环节里，对于基础较好的学生，教师要不断鼓励学生质疑，稍微点拨方向即可，切记不可用力过度，破坏学生自主学习的机会。但对于基础稍薄弱的学生，教师就要多给出一些提示，帮助搭建问题的梯子从而激发学生深度学习。

科学探究是初三学生探索化学世界的重要研究方式，大多数化学实验可以通过教师演示和学生分组真实地进行实验操作，只有在学生的真实体验中才能增强学生的实验技能和科学素养，以达到新课标要求的“做中学、用中学、创中学”。但是对于一些特殊的实验，比如证明无明显实验现象反应的发生，设计思路是既可以证明反应物的减少或消失，又可以证明新物质的生成。无论是前者还是后者，都可以用定性或定量实验完成，其中定量实验也可以通过数字化传感技术完成，它对创设探索式教学情境更加有益。

综上，学生通过观察数字化实验，一方面提高了学习化学的兴趣，开拓了视野，感受到一些前沿科技在化学中的应用；另一方面，将数字化技术应用于初中化学实验教学中，创设的探索式教学情境也体现了未来初中化学创新实验的数字化趋势，展现了初中化学实验从一维走向多维，从静态走向动态，从定性走向定量的发展态势。

三、利用AR技术创造虚实结合式情境

增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术是指通过3D技术在真实物体上叠加虚拟对象，从而达到一种视觉混合增强效果，具有虚实结合、无缝交互、浸润学习等特点。近年来深受许多教师的青睐。目前，在我国化学教学应用中还处于起步阶段，而《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》中指出“对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用AR等技术手段呈现”。

例如九年级化学下册课本第八单元中“铁生锈实验”存在反应时间过长，学生课前作业完成度不高等问题。因此教师必须要寻求新的教学手段辅助课堂。查阅资料可知，一些教师对铁生锈实验进行了各种改进，比如有教师用纯氧、球形干管、细铁丝团等设计的一体化实验装置；还有教师通过创造富氧环境，增大铁与水、氧气的接触面积，使得铁生锈实验在课堂上快速演示等改进措施。但在这些过程中还是不能体现最基础的科学探究过程，而且装置组装较为复杂，学生并未知其原理。然而，AR技术在这节课的应用中创造了一个虚实结合式情境，很好地提高了教学的交互性，使学生能够直观地感受到真实的实验环境，从而推进科学探究过程的“真”“快”“新”。

铁生锈是一个缓慢的氧化过程，一般要观察到明显现象至少一周时间，现在我们用ARa0aZot1Rc2xkfcXkuQVQQYC4QNBcgtKFm85pqvcehwU=技术能快速地观察铁生锈的过程。例如教师利用AR界面进行投屏演示实验，这个环节的设计是在AR基础上通过深层次真实实验探究让学生掌握铁生锈的原理。这种虚实结合式情境能激发学生学习的积极性，让学生思维发散，更适合自主化学习，不失为一种创新。

AR运行的载体大多为智能手机或平板电脑，因此需要多部手机作为课堂学习的工具，这仅适用于一些硬件设备相对较好的学校。受条件所限，目前很难在我省所有学校中进行普遍性推广。

四、利用交互式白板创建聚焦式情境

聚焦式情境，指的是文字、图像、声音、动画、视频单独使用或任意结合在一起产生的情境，可以起到聚焦的作用，让学生把目光和思考聚焦在这个情境中。交互式白板被广泛应用于课堂教学中，目前我校既有班级在使用鸿合系统，也有在使用希沃。无论哪种，它们都为创建聚焦式情境发挥了作用。

1.利用视频制作软件，使课堂引入更容易聚焦

九年级化学上册第二单元空气教学中，需要学生了解法国化学家拉瓦锡如何测定空气中氧气含量的实验过程。要讲述这个故事，如果是教师口述，学生会觉得枯燥无味，但是如果借助视频制作软件在交互式白板上播放《拉瓦锡的自述》，让科学家以“自述”的方式，讲述拉瓦锡利用汞进行钟罩实验探究空气中氧气含量的过程，有利于激发学生的学习兴趣，感受科学探究的过程，使课堂引入更加生动，学生更容易进入这样的聚焦式情境中。这个自述不是简简单单的口述也不是简单的从网上下载视频，而是选择了类似央视《典籍里的中国》节目里，由学生扮演的“科学家”自述科学探究过程，这样的引入过程相比于单纯的教师口述更能吸引学生，抓住学生的眼球，激发学生的兴趣。课前由学生自导自演完成微视频录制，让学生有机会真正参与课堂准备，提高学生课堂参与度。同时也解决了课堂时间有限和课堂容量不足的矛盾，让整个课堂更具活力。这个可谓是创新之举，因为这就是素养目标实践化的情境学习。

2.利用实验器材仿真软件，创新聚焦式情境

化学学科的发展促进了人类生活水平极大程度的提高，但随着化学工业的发展也无可避免地导致了一些环境污染问题。在初中化学实验教学阶段，利用红磷燃烧进行“空气中氧气含量的测定”就是一个会产生污染的实验，加上学生操作不规范和使用药品的浪费，这对环境保护而言是一个极大的负担。因此，教师利用希沃白板，使用实验器材仿真软件，让学生在聚焦式情境中“完成实验”，不但能避免环境污染，还能在教学中渗透绿色化学观，强化学生的环保意识，这也是一大创新。

当然这只能针对个别实验，必须说明的是，大多数实验还是需要教师真实的演示和学生真实的动手操作，绝对不能把实际的操作变成虚拟的演示。

3.理论课教学中，交互式白板的创新应用

九年级化学课程中，并不是所有的新课都必须做实验，有的课如《核外电子的排布》《化学式与化合价》等理论性较强的内容，还有的复习课、试卷讲评课中均可利用希沃白板中的“摄像”功能让全班同学均可观察到清晰的导学案，坐在后排的同学不再陷入伸长脖子什么也看不到的尴尬境地中。在分析原子结构示意图或书写化学式时，教师利用“笔”勾画应重点关注的地方，吸引学生注意力，聚焦易错点和难点。

科学探究复习课上，“拍照上传”功能可以快速地在白板中展示学生在导学案中书写的实验设计方案，学生之间通过交流与讨论，深入分析操作中的变量以及可行性。相较于纯靠“听”来理解其他同学的实验设计，“看”却能为讨论提供更持久的素材和感性的认知，从而顺利地将学生带入聚焦式情境中。

交互式电子白板解决了原多媒体投影中存在的空间限制问题，增加的互动功能让学生能清晰地看到现场演示实验的现象和同学留下的书写痕迹，便于聚焦问题所在，推动课堂的深入探讨，在实施聚焦式情境教学中发挥了创新作用。

教师在改进、优化、创新课堂教学时，应充分考虑信息技术的功能和价值，并将其与自身教学有效结合，但要注意合理安排信息技术在课堂教学中占用的时间，避免本末倒置，主次不分。同时也要考虑到不能完全用信息技术取代传统教学中真实的实验操作和有效的师生互动、生生互动等。总之，现代信息技术的创新使用必须巧妙地利用才能使课堂情境式教学焕发出勃勃生机，快速地适应新时代的要求和发展。

【参考文献】

[1]王寿红.气体压力传感器在“空气中氧气含量的测定”实验中的应用[J].教学仪器与实验，2014（08）.

[2]胡海铭.铁锈蚀条件的探究实验改进[J].化学教育，2017（19）.

[3]刘艳.新技术、新实验、新亮点—空气中氧气含量的测定再认识[J].化学教与学，2018（10）.