基于學(xué)生活動，在未來教室中讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生

倪江紅

摘要：有了技術(shù)支撐的學(xué)生活動，可以在課堂中不斷地生成問題，使學(xué)習(xí)過程、結(jié)果可視化，學(xué)生的能力也在活動中得到發(fā)展，讓學(xué)習(xí)真正地發(fā)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。

關(guān)鍵詞：學(xué)生活動；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；未來教室；傳感器；呼吸作用

文章編號：1008-0546（2017）07-0036-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.009

一、相關(guān)理論

課堂設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該是學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，通過精心設(shè)計(jì)和組織適合學(xué)生特點(diǎn)的多樣化的學(xué)生學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生經(jīng)歷典型的學(xué)習(xí)過程，掌握學(xué)習(xí)方法，才能讓學(xué)習(xí)真正地發(fā)生。學(xué)習(xí)活動指向能力培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生生動活潑地主動學(xué)習(xí)，學(xué)生的能力在活動中得到發(fā)展，通過經(jīng)歷過程，形成體驗(yàn)，再內(nèi)化為經(jīng)驗(yàn)。通過外在的活動提升學(xué)習(xí)內(nèi)在的體驗(yàn)，從而提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

“未來教室”基于豐富的數(shù)字教學(xué)資源和云平臺，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、協(xié)作性學(xué)習(xí)等新型教學(xué)模式，未來教室中的教學(xué)秉承“以生為本”的理念，教師不再是知識的灌輸者，而是起到促進(jìn)作用，師生是共同的學(xué)習(xí)者。未來教室中的先進(jìn)設(shè)備為師生互動構(gòu)建了多元回路，為教師關(guān)注每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)提供了可能。在未來教室中進(jìn)行學(xué)生活動研究，有了充分技術(shù)支撐的學(xué)生活動，就可以使學(xué)習(xí)過程、結(jié)果可視化。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也應(yīng)注重“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)觀，在教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)化對學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，以及科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神的培養(yǎng)[1]。

基于以上理論，筆者嘗試了在未來教室中將傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與數(shù)字傳感器技術(shù)以及Starc雙板技術(shù)相融合，通過師生互動、生生互動、資源共享、解讀曲線變化，在不斷解決問題中進(jìn)行思維碰撞，讓學(xué)生對化學(xué)知識由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，增強(qiáng)化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)成就感。本文選取了上海教育出版社化學(xué)九年級上冊書本第46頁練習(xí)與實(shí)踐的一道習(xí)題，設(shè)計(jì)成學(xué)生活動，進(jìn)行實(shí)踐研究。

二、活動案例：驗(yàn)證呼吸作用產(chǎn)物

1.活動環(huán)節(jié)一：學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證呼吸作用確實(shí)產(chǎn)生了二氧化碳（可以是文字表述或繪圖）。每組選出一個(gè)優(yōu)秀方案，用學(xué)生端的IPAD拍攝下來，發(fā)送至主屏，全班分享，進(jìn)行評價(jià)。

初次提出方案：

方案①：往澄清石灰水中直接吹氣，看是否變渾濁。

方案②：取兩支試管，裝入等量等濃度的澄清石灰水，一支吹氣，一支鼓入空氣，比較石灰水變渾濁的程度。

師生討論點(diǎn)評：可用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w，人體吸入空氣中本身就含有二氧化碳，呼出的二氧化碳究竟是空氣中原有的，還是呼吸作用的產(chǎn)物？所以設(shè)計(jì)的方案要排除吸入的空氣中二氧化碳的干擾作用。方案①不可行。方案②設(shè)計(jì)了用空氣做對比實(shí)驗(yàn)，還注意控制變量，使用了等量等濃度的澄清石灰水。但是如何使呼出的氣體和鼓入的空氣做到等體積呢？還需改進(jìn)，確保實(shí)驗(yàn)方案確實(shí)可行。

學(xué)生繼續(xù)討論，改進(jìn)方案……

改進(jìn)后的方案：

方案③：設(shè)計(jì)成如圖裝置：人吸氣時(shí)，應(yīng)將活塞A打開，活塞B關(guān)閉；人呼氣時(shí)，應(yīng)將活塞A關(guān)閉，活塞B打開，觀察到Ⅱ瓶石灰水是否變渾濁。

方案④：取兩支試管，分別收集1試管空氣和1試管呼出的氣體，再分別加入等量等濃度的澄清石灰水，比較石灰水變渾濁的程度。

師生點(diǎn)評：

方案③的靈感來自《化學(xué)教與學(xué)》第22頁上的一道習(xí)題，可以借助瓶I中的石灰水除去空氣中的二氧化碳，而且無需控制吸入空氣和呼出氣體體積相等。但是組裝這套裝置，操作不是很簡便。

方案④收集兩試管氣體，就可以做到吸入空氣和呼出氣體體積相等，空試管中本身就含有空氣，那么如何收集呼出的氣體呢？學(xué)生再次陷入了思考中……

經(jīng)過激烈的探討，同學(xué)不停地提出、又不停地否定再修改，最終達(dá)成共識，提出了解決方案：可用排水法收集一試管呼出的氣體。

通過第一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方案、點(diǎn)評、修改、再提方案的活動過程，學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)探究既需要實(shí)驗(yàn)和觀察，又需要進(jìn)行推理和判斷，他們能在老師的引導(dǎo)下通過小組討論，根據(jù)所需要探究的具體問題設(shè)計(jì)簡單的方案，并不斷完善，具有了控制實(shí)驗(yàn)條件的意識。另外也知道了設(shè)計(jì)的方案不但要理論可行，還要具有實(shí)際可操作性，操作要簡便、現(xiàn)象要明顯。學(xué)生的思維層次得到了提升，初步感受到科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)、也享受到了解決問題的樂趣。

2.活動環(huán)節(jié)二：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，復(fù)習(xí)排水法收集氣體、滴加液體、振蕩等基本操作，享受實(shí)驗(yàn)成果。

實(shí)驗(yàn)步驟：用排水法收集一試管呼出的氣體，集滿后塞好橡皮塞，另外取一支空試管做對比。然后分別向兩支試管中滴入半滴管澄清石灰水，立即塞緊橡皮塞，上下顛倒搖勻相同的次數(shù)，使氣體和澄清石灰水充分接觸，比較石灰水變渾濁的程度。

這一環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)操作比較簡單，學(xué)生完成得很是輕松。教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中針對操作上的不當(dāng)之處加以指正。學(xué)生在活動過程中充分享受到了用所掌握的基本操作技能輕松解決實(shí)際問題的樂趣，這種成就感正是化學(xué)教師應(yīng)該盡力滲透到日常的教學(xué)工作中，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的價(jià)值，才能在潛移默化中讓學(xué)生愛化學(xué)，豐富學(xué)生的生活體驗(yàn)。

3. 活動環(huán)節(jié)三：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，利用氧氣、二氧化碳傳感器探究呼吸作用

通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了呼吸作用確實(shí)產(chǎn)生了CO2，但是無法清楚地了解 CO2、O2含量變化的情況。

點(diǎn)擊Starc外部工具，在雙板副屏上打開威尼爾傳感器軟件，將氧氣傳感器和二氧化碳傳感器置于密封袋中，由一位學(xué)生負(fù)責(zé)呼氣，同時(shí)點(diǎn)擊采集。然后將曲線圖分享到學(xué)生手中的IPAD上，由學(xué)生分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行解讀。在副屏上呈現(xiàn)如右下圖的兩條曲線。

學(xué)生解讀曲線變化：呼出的氣體中二氧化碳含量由0.03%上升到0.35%，證明了呼吸作用確實(shí)產(chǎn)生了二氧化碳；氧氣含量由21%下降到18.3%，氧氣并未完全耗盡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與書上數(shù)據(jù)基本吻合。通過數(shù)據(jù)測定結(jié)果我們可以避免這樣一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為呼吸作用吸進(jìn)去的是空氣呼出來的全部是CO2。至于呼出氣體中氧氣含量為何沒降低到0，這是因?yàn)榉我环昼姾粑?60 多次，氧氣不可能在短時(shí)間內(nèi)被完全吸收并轉(zhuǎn)化。

通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)并以曲線的形式呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓呼吸作用的過程可視化，將學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)與活動經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來，可以有效促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的掌握。同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生分析數(shù)據(jù)，解讀曲線變化趨勢的能力。

4. 活動環(huán)節(jié)四：進(jìn)一步探究植物的呼吸作用

提出問題：進(jìn)入久未開啟的菜窖容易發(fā)生事故，是什么原因？植物呼吸會產(chǎn)生二氧化碳嗎？

設(shè)計(jì)裝置，模擬密閉環(huán)境中植物進(jìn)行呼吸作用。筆者定制了一個(gè)塑料容器，容器蓋子上有兩個(gè)孔，直徑與氧氣傳感器、二氧化碳傳感器一致，能形成密閉的空間。將一顆娃娃菜置于容器中， 再將容器放置在紙盒中，避光保存，然后采集數(shù)據(jù)。由于植物呼吸需要長時(shí)間才會出現(xiàn)明顯的變化，所以這一環(huán)節(jié)在解決了實(shí)驗(yàn)裝置分析后，播放事先錄制好的視頻資料，再將曲線圖分享到學(xué)生的IPAD上。

得出結(jié)論：植物細(xì)胞也要進(jìn)行呼吸作用。只是相比人的呼吸作用，植物呼吸作用速度比較慢，短時(shí)間內(nèi)難以測出氣體含量的變化。但是在密閉空間中長時(shí)間持續(xù)作用后，空氣中的二氧化碳含量也會顯著增大，所以進(jìn)入久未開啟的菜窖需做燈火試驗(yàn)，避免發(fā)生事故。

到此學(xué)生對呼吸作用應(yīng)該是具有比較清晰的認(rèn)識了，再給出一段資料，讓學(xué)生的認(rèn)識提高一個(gè)層次。

資料鏈接：呼吸作用是生物體細(xì)胞把有機(jī)物氧化分解并產(chǎn)生能量的化學(xué)過程，又稱為細(xì)胞呼吸。生物進(jìn)行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。有氧呼吸是指細(xì)胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放出大量能量的過程。有氧呼吸是高等動物和植物進(jìn)行呼吸作用的主要形式，因此，通常所說的呼吸作用就是指有氧呼吸。

最后以葡萄糖（C6H12O6）為例，在IPAD上寫出其與氧氣反應(yīng)發(fā)生呼吸作用的化學(xué)方程式，鞏固書寫方程式的技能。

三、結(jié)語

化學(xué)中每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)和重要規(guī)律都是建立在化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，本活動案例重視化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分發(fā)揮未來教室的先進(jìn)技術(shù)，將學(xué)生對呼吸作用的感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。在未來教室中，通過學(xué)生活動，增加學(xué)生自主思考、自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，提高學(xué)生的參與度，學(xué)生的能力也在活動中得到發(fā)展，讓學(xué)習(xí)真正地發(fā)生，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

參考文獻(xiàn)

[1] 王程杰.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為本[J].化學(xué)教學(xué)，2001，9

[2] 章小波.做科學(xué)——《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》基本理念的一點(diǎn)解讀[J]. 化學(xué)教育，2013，2