基于大数据高中化学教学的针对性研究

魏建春

摘要：大数据时代背景下，云计算、物联网等信息技术相关产物层出不穷，为传统课程教学提供了全新的技术支持，信息化、智能化是推动新时期教育信息化进程的重要趋势。特别是在“互联网+”概念提出后，“互联网+教育”越发受到重视，加快推进化学等课程的课堂教学智慧化和信息化建设，有效构建具备信息化、智慧化等特征的智慧课堂，是突破传统化学课堂教学困境与瓶颈，助力学生化学学科核心素养快速形成的一个有效手段。因此，如何有效构建高中化学智慧课堂是值得深入探讨的问题。

关键词：高中化学;智慧课堂;构建策略

引言：在信息技术飞速发展的今天，智慧化是各行业转型升级的一个重要趋势，教育领域也不例外。强化信息技术及其相关产物和传统课程课堂教学的有机融合，有效构建智慧课堂，这是当下各学科教学的一个重要任务。文章立足高中化学课堂教学现状，从信息技术辅助课堂教学出发，就如何有效构建智慧课堂进行了重点研究，以期助力高中化学智慧课堂的顺利构建。

一、制定实施方案

教师在使用信息化课堂教学模式过程中，要有效结合自己的教学实情和学生实际，确定具体的实施方案。例如学校或年级要组织同科任教师进行培训，来了解、学习信息化课堂的内涵;其次，可采取调查问卷的形式，来分析推行信息化课堂的可行性，并对存在的问题做好记录;第三，可以先在同一年级某一个班级内试行，根据实施情况，进行讨论、反思和总结，然后再慢慢推广，总之，不能盲目、贸然实施。信息化课堂教学模式中，教师不再是站在讲台上的知识传授者，而是学生自主学习中的引导者，这就对化学老师提出了更高的要求。一方面化学教师要学习、掌握一定的计算机知识，能够制作、整理相关教学视频，另一方面也需要教师能够在大量的教学视频资料中选取适合的资源，整合成微课视频，从而让学生学到更多、更丰富的化学知识。以“化学能与热能”为例，在上课前，笔者先通过线上交流群和学习平台对学生在预习阶段的一些问题进行总结，发现学生存在的问题主要是无法形象感知化学反应中的能量变化，对于导致化学反应中能量变化的原因也没有形成清晰的认识，于是笔者便确立了本节课的教学重点和难点，以此为依据对整堂课的教学设计做了一定的调整。在正式讲课的前几分钟，笔者先针对学生无法感知、理解化学反应中能量变化这一问题为其创设了趣味情境，从生活角度入手，笔者导入了日常生活中工人炼钢时的情境、自热饭盒等，让学生思考，这些案例中是否存在化学反应？存在什么样的化学反应？化学反应的特征是什么？化学反应的作用是什么？引导学生回顾以前所学的知识。在学生回答之后，笔者便导入了本课的课题，使学生对化学反应中会产生能量变化这一理论有了更形象的认识。以投影的方式呈现于电子白板上，然后让学生根据问题以及刚才的互动来以小组的形式进行交流，学生可以自主查阅资料，笔者鼓励学生尝试用自己的话来组织并表述答案。比如，化学键与化学反应中能量变化的关系？一个化学反应吸收能量或者放出能量是由什么决定的？学生通过阅读教材并自主查阅资料，讨论之后得出上述问题的答案。随后笔者再次在电子白板上出示问题：化学能和热能如何才能相互转化？在这个问题的探究过程中，笔者不仅组织学生以小组展开讨论，还让学生参与了实践探究，最后让学生把自己的实验结果总结表述出来。

二、数字化的手持技术及控件集成技术

（1）数字化手持技术是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集数据，并能与计算机连接的实验技术系统，具有实时性、准确性、便携性、直观性和综合性的特点。（2）有别于传统实验需要花费大量时间进行数据处理，手持技术可以实时进行数据处理，可将数据直接转化为图象，以直观的图形（曲线）形式呈现在学生眼前，极大地弥补了实验数据直观性不足的问题。以一些实验现象不明显的反应（如酸碱中和）和一些抽象的化学原理概念（如化学反应的能量转换、化学平衡和化学反应速率等）为例，手技技术对学生建构概念有很好的辅助作用。（3）大量手持技术应用的研究表明，数字化实验的“四重表征”教学模式有利于知识的存储、提取和迁移应用，能帮助学生克服学习化学原理应用性概念的困难，减轻学生的记忆负担，提高概念教学的有效性。（4）目前，手持技术基础设施的发展已较为成熟，电脑只需搭載驱动软件，通过USB接口连接相应的传感器探头即可。据笔者了解，pH、电导率、压强、CO2、溶氧量等数据的测量已实现传感器检测。传感器在使用时可以单一检测，也可以组合在一起对化学实验进行多角度的分析，且已覆盖半数左右的高中化学必修及必选模块的学生实验。（5）从中国目前已发表的化学教学应用手持技术的研究成果来看，已从案例分析发展到理论研究层次，形成了一批较有代表性的案例集及应用策略。例如，北京教育学院主导编写的《手持技术在中学化学实验教学中的应用研究》一书就详细介绍了7个专题、40个详细使用案例及相关软件分析等内容。

三、实验情境可视化——仿真实验室

（1）化学是一门以实验为基础的学科，新课标中也增加了学生必做实验的数量。虽然如此，但高中化学课堂教学常常受班额、场地、安全性、预算经费等因素限制，不能为每位学生提供足够的动手实验机会。（2）为使学生获得更好的学习效果，提供更多的探究、实际操作的机会，仿真实验室软件应运而生。以“仿真实验室”为关键词在搜索引擎和中国知网上进行查询，可以获得许多应用软件及案例反馈资源。（3）仿真实验室的优点。一是实验器材具有仿真度，避免“符号”实验认知，可满足学生对正确实验操作和观察的需求。二是步骤不受限制，有利于培养学生的探究能力。三是可以进行“危险“实验，且在保障学生人身安全的同时令其直观感受宏（微）观变化，从而将抽象的宏（微）观概念可视化。四是可以大胆试错，师生无须考虑成本，有助于学生切实了解实验的过程及注意事项。五是将复杂的化工生产流程可视化，能弥补演示实验的不足。（4）仿真实验有效规避了真实化学实验可能对学生人身安全带来的伤害，同时又能够在进行实验的同时展示定量的概念。以虚拟实验室为例，如需使用碳酸钠溶液时，可以自己控制所用的溶剂体积及溶质质量，精确度可达到百分位;还可要求所使用的烧杯、试管等仪器显示其所装药品的各离子浓度、pH及温度等信息，真正地将宏观现象加以量化。当需要使用不同浓度的某溶液时，也只需对溶液标签上物质的量浓度进行更改，其溶液组成便会相应调整，既方便又快捷。从目前仿真实验室软件的内容来看，已对初高中化学教材涉及的实验进行了全覆盖，且伴随着虚拟算法的不断更新，模拟的真实性（如倾倒流水声、塞子停顿感、滴加酚酞的碱性盐溶液随着加热而不断变红等）也随着软件的逐步升级而愈加真实。（5）仿真实验室的使用，可以极大地缩短准备药品的时间，避免实验操作误差，规避危险，从而将教学重点聚焦于探究设计及结果分析之中，使教学目标更加明晰，探究设计结果反馈的时效性更强。仿真实验室的引入，有效避免了简单视频教学的尴尬和单调，在使用过程中必然会对学生的探究意识产生一定的影响和促进作用。（6）仿真实验室的应用壁垒在于，“仿真”“虚拟”终究无法提供具体、可侵入式的实验环境和真实的操作体验。另外，仿真软件虽已基本覆盖高中范围内的所有实验，但在某些细节问题上，如盐类水解涉及的微弱离子行为的变化及其对溶液pH的影响仍有许多错误，无法满足探究要求。因此，软件开发者需要持续更新数据算法，以使实验数据更加科学有效。

四、教学反馈可视化——交互式平台

（1）在信息技术支持下，交互式教学成为新时期课堂教学改革的亮点。传统媒体下的交互主要是师生对话交互，口语传授是主要方式;多媒体环境中的“交互”主要指教师、学生、计算机之间的相互交流与相互作用，如教师利用多媒体技术，通过交互式教学课件，实现双向或多向互动。（2）广泛使用的交互式平台有交互式电子白板、智能课程平台和云端技术。学生通过手持终端完成课堂练习，教师能在第一时间由数据、图表了解学生在某问题上的选择比率，掌控学情及全体学生的学习进程。某些交互式平台还内嵌分类、连线等课堂任务游戏。这种游戏化的教学不仅可以将测评以游戲的形式呈现，减轻学生的测评压力，而且可以将学生的注意力集中到对概念的理解应用上。部分交互式平台还可以与手机联网，完成小组对战任务等，从而增强学习的趣味性。对于线上教学来说，也可以增强学生的参与感，增加学生对学习内容的注意时长。（3）可视化交互式平台的基础设备大都是电脑及投影设备，但如果想要真正实现交互功能，还需要在教室采用可触控设备，并在教室内实现无线网络覆盖。当前，不少学校已经实现了全校范围内的白板设备安装，虽然这些平台可以增加教学中的交互性，但由于Office软件和产品背后的盈利方式及增加客户黏性的原因，平台只能导入PPT课件，而无法导出兼容Office及其他平台的文件。另外，各平台对设备的内存及网络要求较高，在课程授课中偶有卡顿的情况出现，不利于教学的流畅性。

五、构建信息化课堂教学流程和评价体系

构建相应的教学流程和评价体系，是信息化课堂顺利进行的重要保障，有了具体的教学流程为依托，教师才会觉得有规可循。当然，信息化课堂的教学流程是在反复教学之后逐步改进和完善的，教师在多次进行教学之后，才会发现和总结出其内在的规律和有效的方法，这时要对教学流程及时进行修订，以更好地提高学生的学习效率。另外还要形成一定的评价体系，从其中发现不足，以此来促进信息化课堂教学模式的顺利进行。鼓励学生独立探索和合作学习。独立探索和合作学习是实施信息化课堂教学模式的根本目的，也是学习者最应具备的重要素质之一，因此信息化课堂教学模式在高中化学具体实施中，教师一定要对学生多鼓励，多提醒，让学生在独立学习中构建自己的知识体系，在合作学习中取长补短，以不断提高学生的学习能力。

结论：总之，在新课程改革背景下，构建智慧课堂是促进学生化学核心素养提升的一个有效手段。在构建高中化学智慧课堂的过程中，教师要遵循生本性、互动性、趣味性和辅助性等原则，立足课前环节完成学情分析，立足课中环节引导学生深度学习，立足课后环节满足学生个性化的学习需求，以最大限度地提高高中化学智慧课堂的构建效果。

参考文献：

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