无线同屏技术下初中科学数字化教学案的实践研究

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  摘 要:面对数字时代教学面临的挑战,运用无线同屏技术与基于数字化教学案的智慧课堂互动教学系统,以“二氧化碳的应用”的教学设计与实践为例,实现信息技术与科学教学深度融合,有助于提高科学教學效能,提高学生科学素养。
  关键词:无线同屏;数字化教学案;二氧化碳
  当今世界,科技进步日新月异,互联网、云计算、大数据等现代信息技术深刻改变着人类的思维、生产、生活、学习、交往方式。数字时代,通过互联网,师生可以获得无穷多的信息,如何让师生合理运用相关技术手段,准确高效地获得自己所需信息?基于技术的创新是“互联网 ”的特点,我们通过运用无线同屏技术与基于数字化教学案的智慧课堂互动教学系统,较方便地实现信息技术与科学教学深度融合,体现无边界的以生为本的互联网教学思维,既能减负增效,又有利于发展学生的核心素养。
  一、数字化教学案的内涵解析
  “数字化教学案”是基于“互联网 ”的课堂教学方案。借助互联网、云计算、大数据,师生通过使用智能终端运行,运用相关的应用平台软件,实时实现教学信息的采集、分析、处理,进而实现实时的互动的教学反馈,提高教育教学效能。[1]
  运用无线同屏技术辅助科学课堂教学,需要一个大屏幕显示器(绝大部分学校都已配备),一台平板电脑再加上一个无线同屏器,就能以较少的硬件投入及时拍照交流和反馈课堂中学生的作答情况,直接用手或手写笔在平板上作答,并同步投影到屏幕上交流分享,及时地记录并较为清晰地投影教师演示实验、学生实验到大屏幕上供交流分享等,结合“互联网 ”智慧教学系统的数据,从而达到以“数字化教学案”为载体的线上线下混合学习,以智能化教学促进个性化学习。
  二、数字化教学案的设计与实践
  数字化教学案的设计主要围绕六个核心要素:学情调查、目标问题、交流展示、学能监测、反思评价、拓展提高。课前根据课程标准,结合学生学情调查结果制定教学目标,充分关注学生已有的前概念,确立目标问题;课中交流展示,师生充分互动,突出重点,突破难点,并及时进行学能监测获得教学反馈;课后进行反思评价,并针对学生学能监测情况进行针对性的拓展提高训练。在教学中,遵循体现核心要素的原则,层层推进,提高学生学习的积极性,以智慧教学系统为平台,关注每一个学生的核心素养的发展;利用无线同屏技术,真正体现以学生为主体,实时交流反馈,提高课堂效率。基于数字化教学案的智能化教学个性化学习途径[2]如图1所示。
  (一)学情调查
  美国教育学家奥斯伯尔曾提出“影响学生学习最重要的因素是学生头脑中已有的知识,教师应根据学生已有的知识进行教学。”学生的头脑中并不是一块白板,教师应善于并勤于调查学生头脑中的前概念,通过学情调查,一方面唤起学生头脑中的已有认知,激发学生的求知欲;另一方面及时暴露学生的问题,从而更精准地确定教学的起点,促进因材施教。
  以我们设计执教的浙江省教育厅百人千场“二氧化碳的应用(复习)”示范课为例。备课之前的学情调查首先设置5道选择题,内容分别为二氧化碳的性质、二氧化碳的应用、二氧化碳性质与应用(共2题)、二氧化碳的功与过,请学生在课前完成。通过智慧教学系统,实时反馈学生的作答情况,找到学生的不足,为实施针对性的教学做好铺垫。考查内容的知识维度及对应的作答情况如图2所示。
  在上课之初可请学生尽可能多地写出与二氧化碳有关的化学方程式。请学生阅读教学案学情调查部分,选择几个典型答案用平板拍照并交流分享。再引导学生找出各个反应的联系,找到其中的碳循环(如图3),对原有知识进行概念图式的复习梳理。
  再将目光聚焦到有二氧化碳参加反应的化学方程式中,引发学生思考:从这些化学方程式中,你能找到一些体现二氧化碳用途的蛛丝马迹吗?从而引导学生通过化学反应复习二氧化碳的用途,体现性质决定用途的思想。并让学生判断这些用途利用了二氧化碳的物理性质还是化学性质,从而明确物质的性质分物理性质和化学性质。例:二氧化碳能和水反应生成碳酸,利用二氧化碳这一化学性质我们可以制作碳酸饮料。二氧化碳还能和水在光照条件下在叶绿体中进行光合作用,生成有机物与氧气,同时把光能转化为化学能为我们人类生存提供食物与能量。
  【同屏功能使用分析】拍照及时反馈学生化学方程式的作答情况,并进行个别分析,分析时直接在平板上书写,实时同步到大屏幕上。直接请学生在平板上书写图3方框内的内容,及时总结反馈,非常直观又节约了大量的时间。提问“这些用途都利用了CO2的(物理/化学)性质”时,可直接在PPT“化学”两个字上打钩,清晰直观,而不是PPT预设好学生回答结果并进行显示,体现了更多的主观能动性。
  (二)目标问题
  课堂中离不开问题的提出和解决。教师根据教学目标、教学重难点和学情调查的结果(学生学情),设置基于学生“最近发展区”的目标问题,以问题驱动学生的求知欲,同时学生对重难点也有了更清晰的认识。目标问题的设置在充分考虑教学目标、教学重难点和学生学情的同时,还应充分考虑问题的情境,应是生动的、有趣的问题,而非生硬的、脱离实际的的问题。
  (1)你见过“干冰”吗?干冰有哪些用途?
  (2)二氧化碳能灭火吗?
  (3) 一高一低两支燃着的蜡烛上盖一只烧杯, 猜一猜哪一支蜡烛先熄灭?
  基于目标问题,进行教学设计。整节课应围绕两个目标问题展开探究学习。
  (三)合作交流
  在学生独立思考自主学习有困难的情况下,组织学生合作探究展示交流,线上线下有机结合混合学习。该环节引导学生进行交流与合作,并为学生搭建平台对探究结果进行展示。小组内成员应各有任务,通力合作,集思广益,达到较好的探究效果。
  1.实验探究一
  [ 干冰加到水里 干冰上点蜡烛 现象 原因 结论 生活中应用 ]   2.实验探究二
  [ 现象 原因 结论 生活中应用 ]
  教学案中交流展示部分围绕着以上两个表格的内容进行。教师演示干冰加到水里的实验,请学生观察现象。请学生科学地解释是否是“沸腾”现象;产生的是“白烟”还是“白雾”;这烟雾缭绕的物质是“水”还是“干冰”。提供资料:二氧化碳的物态变化温度和压强图。分别展示三张干冰制造舞台效果、干冰降雨、干冰食品保鲜的图片,请学生回答分别具体利用了干冰的什么性质,这些性质属于物理性质还是化学性质。
  为了自然地过渡,展示一张有一杯红酒和未点燃的蜡烛的图片,提问学生如何制造浪漫的气氛,学以致用。比如:在红酒中放入干冰;将蜡烛点燃,浪漫烛光晚餐。教师播放视频,视频中的蜡烛始终点不燃。请学生猜测原因,引出二氧化碳是不助燃的。从而引导学生回顾新课时倾倒二氧化碳的实验,请学生回答实验现象和结论,引出二氧化碳可用作灭火剂,复习二氧化碳灭火剂的适用范围。教师提问:镁等活泼金属燃烧能用二氧化碳灭火吗?播放镁燃烧引起的火灾视频,学习消防人员传授的知识。从而对之前的结论进行完善:二氧化碳在通常情况下不助燃。借此再复习灭火这一部分的内容,进一步理解几种灭火方法。
  结合生活实际,介绍几年来全国发生火灾的情况,提出问题:火灾无情,该如何逃生?建立模型,展示一高一低两支燃着的蜡烛上盖一只烧杯的图片,提问学生哪一支蜡烛先熄灭。请学生提出猜想,并组织学生实验进行探究。学生都知道二氧化碳密度比空气大,会沉在底部,而上面的蜡烛先熄灭的实验结论引发了学生的认知冲突。启发学生进行思考,得出更为科学的表述:通常情况下,二氧化碳的密度比空气大。热的二氧化碳的密度比空气密度小。最后结合浓烟向上走的推断,得出火灾时要匍匐前进的结论,真正做到了学以致用。
  接着对知识进行延伸:播放“死狗洞”视频,提问:为什么狗死了,人没事?充分调动学生思维,提高了利用所学知识对具体的情境进行分析的能力,也对知识进行了巩固。同时也进一步思考二氧化碳的密度与温度的关系,引发性质、结构、条件相互关系的哲学思考等。
  为考查学生对二氧化碳具体性质与用途的对应关系,设计PPT,左侧为用途,右侧为性质,请学生先对性质进行归类(物理性质、化学性质),再将用途与对应的性质连线。
  在教会学生知识的同时,力求教会学生学习的方法,授之以渔。将学习科学知识的方法与学生交流,并展示到大屏幕上。最后与大家分享,由温室效应的例子和科学家对二氧化碳的研究,引导学生得出结论:二氧化碳有利也有弊,要辩证地看问题,再一次引发哲学思考。
  【同屏功能使用分析】在教师演示干冰放到水里的实验时,利用同屏技术将影像同步到大屏幕上,确保所有同学都能看得清楚。在学生小组合作进行高低蜡烛谁先灭实验时,教师及时拍摄学生在实际操作时存在的问题以及实验的现象,方便纠正和交流用。在用途与性质连线时,请学生直接在平板上连线,同步显示到大屏幕上,及时交流反馈。
  (四)学能监测
  学习能力(学能)是一种迅速掌握学习内容并持久保存的能力。学能监测是对学习能力的监管和检测,可以检查每一个学生对每一个问题的学习效度。根据教学目标设置问题,对学生进行“纸笔测验”,这里的纸笔测验非传统的纸笔测验,而是依靠数字化教学平台,在平板中完成,并实时反馈结果。检测教学效果的同时监控每个学生的学习情况,记录到成长档案袋中,关注每个学生的发展。学生可以登录平台反复看自己的答题情况,查看每一道题的详细解析,如果必要可将题目收藏。通过查看解析,再对知识点进行学习,并做一道相同知识点的智能推送题,检验是否掌握该知识点(见图4)。
  (五)反思评价
  学会反思评价是感受成功享受成长的重要要素。通过对教学活动的有关数据进行分析和建模,对结果进行评估,发现学生潜在的问题,并进行反思预测。通过学习分析,移动学习,激趣增智,创生智慧!
  【反思】
  1.联系二氧化碳的物理性质与化学性质,如何理解“结构——性质——用途”之间的关系?
  2.如何利用“建模”思想进行科学研究?举例说明。
  3.进一步思考二氧化碳的“功与过”,如何利用二氧化碳造福人类?
  【评价】
  利用实时反馈系统,学生监测情况能及时地通过“云平台”进行汇总处理和系统后台存储智能分析,形成形象直观的数据报表(见图5),帮助教师及时了解每个学生的实时学习狀况和课堂教学的达成度。
  (六)拓展提高
  学生的学能有差异,学习要充分考虑教学目标的达成,也要充分考虑学生个体之间的差异性。根据学能监测结果所体现的个性差异,决定其是否要进行拓展提高或者选择性地布置课外弹性分层作业。
  (1)跟爸妈一起观看“干冰造雾”实验视频,向爸妈解释这种现象的原因。
  (2)观看老师自制的“神奇的塑料瓶”实验视频,试着分析塑料瓶里的液体是什么,过程中发生了哪些物态变化,并总结做这个实验时要注意什么。
  (3)画二氧化碳用途的思维导图。在线查阅“温室效应”,做“低碳生活”的宣传活动。
  三个问题分别推送给学能监测正确率为60%及以下的、60%到80%的、80%及以上的同学,做到智能化分层作业。
  三、数字化教学的成效与思考
  无线同屏技术硬件设备投入较小,可在学校内铺开使用。该技术的合理使用,有效地提高课堂效率,帮助教师在既定时间内较好地完成教学任务,达到教学目标;同时,促进了师生、生生之间的交流,利于及时地反馈。再次,大大激发了学生的学习兴趣,提高了学生的学习主动性。无线网络条件较好的学校,可以建立基于数字化教学案的智慧课堂互动教学系统,实时关注每个学生的个性化发展。数字化报表及时反馈了学生的学习情况,并根据其情况进行解题指导,智能推送针对性的习题,巩固知识。减轻教师负担的同时,教与学更加地精准和有效。多年的实践证明,课堂呈现新景象,线上线下个性互动成为主旋律,教学反馈更及时高效,作业大变脸,让学生学会主动学习,手握大数据,教育教学更科学高效。今后重点在针对每一个学生的思维障碍智能推送个性化学习服务,通过智能平板直接上传学生作业方面作升级研究,提高智能化教学促个性化学习水平,同时在学生非智力因素测评、综合素质评价方面再做进一步研究与实践,为建设智慧学校、发展智慧教育做出进一步贡献。
  参考文献:
  [1]王盛之,毛沛勇.基于数字化教学案的智慧课堂互动教学系统实践研究[J].教学月刊(教学管理),2014(4):51-55.
  [2]王盛之.智慧教师与智慧课堂[M].上海:上海教育出版社,2017:113-114.
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