理化生数字化教学方法探索

摘" "要：理化生数字化教学存在教学资源建设滞后、教师信息技术应用能力不足、数字化教学方案设计欠佳、评价体系有待完善等问题，以初中理化生数字化教学为例，提出可从完善数字化教学资源建设、加强教师培训、设计精细化教学方案、构建过程评价体系等方面改进，推动数字化教学方式的深入应用与持续发展。

关键词：初中理化生;数字化教学;核心素养

中图分类号：G633.98" 文献标识码：A" " 文章编号：1009-010X（2024）32-0047-04

随着信息技术的飞速发展，数字化教学逐渐成为教育教学改革的重要趋势。理化生学科具有实践性、探究性和综合性等特点，开展数字化教学，可以有效激发学生的学习兴趣，培养其科学素养。本文拟从数字化教学的意义、存在问题以及对策三个方面，探讨依托实验室开展理化生数字化教学的相关研究。

一、提升学科核心素养的意义

（一）开展模拟实验，拓宽认知领域

随着科技的发展，各种虚拟仿真软件为中小学生提供了丰富多样的模拟实验平台。虚拟仿真实验不仅能真实还原实验操作的每个步骤和细节，还可让学生通过改变参数、重复实验深入理解实验原理。这可极大地拓宽学生的认知领域，丰富学生的学习体验。如在物理实验中，学生不仅能观察一般物理现象，还能研究一些极端或危险的物理环境;在化学实验中，学生不再局限于简单元素和化合物的研究，还可以探索更复杂的化学反应过程;在天文学学习中，学生不必进行艰难的实地观测，就能通过虚拟仿真软件实时了解太阳系每一个角落的奥秘。丰富多样的虚拟仿真实验为提高学生学科核心素养，拓宽学生认知领域提供了重要支撑。

（二）自主探究，培养科学素养

虚拟仿真实验可以提高学生的自主探究能力。传统的纸上课堂和教师示范实验促使学生只能被动接受老师提供的内容，无法深入探究问题的本质，具有一定的局限性。而虚拟仿真实验为学生提供了充分的自主探究机会。学生可根据自己的兴趣和能力，选择感兴趣的实验项目;可自由设计实验步骤，改变参数，记录数据;也可通过编程扩展软件功能，自定义实验模型。在虚拟仿真实验探究的过程中，学生可以体会从问题到假说，再到验证的完整科学研究方法，培养独立思考，勇于创新的科学精神。

（三）构建学习社群，提升合作精神

在虚拟仿真实验探究项目中，学生可以组队协作，形成具有共同学习目标的小组。小组成员之间可以分工合作，互相监督，交流心得，最终完成实验任务或解决探究问题。在团队合作的过程中，学生不仅可以取长补短，还可以培养合作精神。虚拟仿真实验为学生搭建了一个小型“学习社群”，让青少年在互助合作中成长。此外，虚拟仿真实验还可以丰富教与学的形式，打破传统教室的围墙。学生可以随时随地进入虚拟实验室，探索未知世界;老师可以利用这些虚拟平台，根据学生个性和能力的不同设计丰富多样的学习任务，使每一个学生都能发挥潜能，获得成就感。

二、理化生数字化教学存在的问题

（一）数字化教学资源建设滞后

数字化教学资源建设滞后，存在部分学科的数字化资源脱离教材和教学实际，资源形式单一，交互性不强;一些资源的学科融合不够，对学科知识的拓展和应用不足;数字化资源的更新速度较慢，难以紧跟学科前沿动态和社会发展需求;数字化教学资源的共享机制还不健全，学校和教师获取优质资源的渠道受限等问题，这些问题制约了数字化资源的教学效能的发挥。

（二）教师信息技术应用能力不足

教师缺乏数字化教学的理念意识，开展信息化教学的主动性不强。部分教师受传统教学方式的影响，不善于利用信息化手段优化教学，课堂上易忽视学生的主体地位，仍以讲授为主。教师对常用教学软件、信息化教学设备的操作不够熟练，数字化教学基本功有待提升。在教研方面，教师缺少利用网络平台开展研修、交流的意识，数字化背景下的教学研究有待加强。这些问题影响了数字化教学质量和效率的提升。

（三）数字化教学方案设计欠佳

部分数字化教学方案的针对性和实效性不足，没有充分考虑学生的认知特点、学习需求和知识基础，方案设计不能做到因材施教。有的方案教学活动设计缺少问题探究、小组协作、成果展示等多样化的互动环节，不利于学生核心素养的培育。课前预习、课后拓展等延伸学习环节不够完善，难以实现线上线下的有机融合，影响了学生自主学习和个性化发展。

（四）评价体系有待完善

目前的评价体系对学生学习过程的监测不够全面，对学生在线学习行为、思维品质、实践能力等方面的评价较为缺乏，评价维度有待丰富。评价方式相对单一，主要依靠终结性测验，缺少学生互评、自评等多元评价，评价主体参与不够广泛。评价指标的设置不够科学，与学科素养导向的关联性不强。评价结果的应用有限，没有很好地指导教师改进教学、加强分层辅导。

三、基于实验室背景下数字化教学提升学科核心素养的对策

（一）完善数字化教学资源建设

学校可以加大数字化教学资源建设投入，积极申请各类数字化教学项目，逐步完善学科数字化教学资源库，同时建立常态化更新机制，保证资源内容的先进性。具体来说，就是要制定数字化资源建设规划，明确各学科平台建设标准;进行资源需求调研，补充虚拟仿真实验品等;建立定期采购与更新机制，确保资源更新换代。以人教版初中化学“金属的物理性质和化学性质”为例，教师可以设计金属粉末燃烧、不同金属氧化反应等虚拟仿真实验，让学生通过改变变量观察不同金属燃烧反应的差异，加深对金属活动性的认识。同时，可以搭建金属活动性顺序的虚拟实验，让学生模拟置换反应，通过实验现象推断金属活动性顺序，加强对相关知识的理解和运用能力。此外，还可设计金属防腐蚀的虚拟仿真实验，让学生探究不同防腐方法的原理，培养运用化学知识解决实际问题的能力。通过以上丰富多样的虚拟仿真实验实施，学生可以在实践中强化知识理解，提升科学探究能力。

教师在完善化学学科数字化资源的同时，还应注重与物理、生物等学科的融合，开发跨学科综合探究资源。比如针对水资源的议题，教师可设计模拟不同条件下水污染的扩散过程，分析水体富营养化的危害，探讨水环境保护的化学方法等，以引导学生综合运用多学科知识分析问题。学校应组织教师开发符合教学需求、体现学科特点的数字化资源，建设资源共享平台，促进优质资源的交流应用。教育主管部门也应完善相关政策，加大资金投入，为学校数字化教学资源建设提供必要的人力、物力支持，为学生提供更加丰富、更有针对性的学习资源。

（二）加强教师数字化教学培训

学校应定期举办教师信息技术培训，帮助教师掌握数字化教学所需的软硬件操作技能，也可要邀请行业专家，为教师讲解优质数字化教学方案设计方法，提高教师的数字化教学能力。具体来说，就是要给教师讲解数字化课件制作技巧、虚拟仿真平台使用方法、数字化分析工具等，使教师能自主设计数字化教学过程。以人教版初中化学“燃烧的条件”为例，教师可以采用虚拟仿真软件，设置燃烧前后容器内气体成分变化，让学生通过数据对比分析燃烧反应的本质。教师可以引导学生思考“燃烧反应中消耗的气体成分是什么，燃烧产物主要有哪些”等问题。通过分析数据变化，学生可以总结燃烧需要的条件，理解燃烧反应的微观本质。为了让教师更好地开展类似教学，学校应加强数字化教学培训，一方面要提升教师应用数字化技术手段的能力，让其熟练使用虚拟仿真等软件;另一方面要指导教师基于学科素养导向进行教学设计，合理设置教学环节，把握学生认知规律，引导学生开展探究式学习，切实提升教学效果。

（三）设计精细化教学方案

教研组要根据不同学科和课程的特点，设计符合认知规律的数字化教学方案。方案要根据内容设置相应的互动环节，并配合丰富的情景、角色，激发学生的学习兴趣。具体来说，教师要精心设计实验准备、数据记录、综合分析的环节内容与形式，加入适量趣味元素，制造沉浸感，这样才能真正发挥数字化教学的优势。以人教版初中《化学》“二氧化碳的实验室制取与性质”为例，教师可设置虚拟仿真实验，通过改变反应物质的量来观察产物量的变化情况，让学生进行数据分析，加深对化学计量关系的理解。在实验基础上，教师还可以引导学生思考“实验中哪些条件会影响产物的量，若增大某反应物的量会怎样”等问题。教师通过多次改变条件观察结果，引导学生总结影响化学反应的因素，加深对反应规律的认识。

除了通过虚拟仿真实验培养学生化学学科核心素养外，教师还要精心设计其他教学环节。在课前，教师可利用学习平台推送与课题相关的科普视频、新闻热点等资源，创设问题情境，激发学生的学习兴趣。课堂上，教师要巧妙设疑，启发学生自主探究，提出各种猜想，通过实验验证或推翻猜想，以此经历科学探究的完整过程。对于不同层次的学生，教师要精心设计有梯度的探究任务，做好分层指导。小组合作时，教师要加强过程管理，明确任务分工，引导学生积极表达观点，交流探究心得。课后，教师可在线布置开放性的拓展任务，如二氧化碳的减排方案设计，引导学生运用化学原理，结合生活实际提出解决方案。教师还应关注学科前沿和社会热点，及时更新教学内容，帮助学生建立前瞻性、创新性思维。学校要组织教师成立备课组，集思广益设计教学方案，建立教学方案改进机制，在实践中不断修正完善，突出科学探究导向。

（四）构建过程评价体系

教师要在评价体系中增加数字化学习过程的评价比例，关注学生的学习投入、互动表现、探究过程等，从多个维度对数字化教学效果进行评价，以促进数字化教学的有效开展。以人教版初中化学“氧气的实验室制取与性质”为例，教师可以通过数字化互动小测，测试学生对氧气易助燃性质的理解程度，将测评结果作为该单元学习效果的重要判断标准。同时，教师还可以设置开放性的探究任务，让学生利用虚拟仿真技术制取并收集氧气，探究氧气的性质。在探究过程中，教师要及时给予指导，帮（下转第52页）（上接第49页）助学生理清思路、优化实验方案。课后引导学生撰写实验报告，提升其分析问题、科学论证的能力。

在构建数字化教学评价体系时，要突出过程性评价，建立教师评价、学生互评、自我评价相结合的多元评价机制。评价维度要全面，不仅要考察学生对知识的掌握，还要重视科学探究、创新实践等学科素养的发展。教师可利用教学平台的数据监测功能，记录学生的学习行为和过程性数据，分析其兴趣特点、认知规律等，为个性化教学提供参考。评价方式要灵活，线上与线下相结合，采取在线测试、电子作业、成果展示等评价形式，提高评价的信效度。学校还要建立评价结果反馈机制，利用评价数据精准诊断学生学习中的问题，使教师有针对性地开展教学指导。评价标准的制定需要教师、学生、家长、社会各界的广泛参与，以使评价结果客观准确，评价过程透明公正。通过构建科学的过程评价体系，多维度、动态地评估学生的学习效果，以此激发学生自主学习的内驱力，引导教师反思教学得失，形成教学相长、良性互动的育人机制。

数字化教学为课堂教学提供了更丰富的手段，学校与教师需要从资源建设、培训支持、方案设计、评价体系等方面推动数字化教学方式的深入应用与持续发展。

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