“智能教室”支持下的化學(xué)課堂教學(xué)
——以“電解池（第一課時(shí)）”為例

張 培

（江蘇省錫山高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214174）

“智能教室”支持下的化學(xué)課堂教學(xué)
——以“電解池（第一課時(shí)）”為例

張 培

（江蘇省錫山高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214174）

智能教室是隨著教育信息化發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的教室形態(tài)，給教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式、師生互動(dòng)方式帶來(lái)一場(chǎng)變革。文章介紹了智能教室的相關(guān)概念、基本構(gòu)造和功能，并以電解池教學(xué)為例，探索如何在智能教室中開展化學(xué)教學(xué)。

智能教室；電解池；教育信息化；課堂教學(xué)

隨著教育信息化的發(fā)展，信息技術(shù)對(duì)教育教學(xué)的影響日益深遠(yuǎn)，促進(jìn)信息技術(shù)更好地融合課堂教學(xué)已成為當(dāng)下教育信息化發(fā)展的時(shí)代訴求。傳統(tǒng)意義上的多媒體教室在交互性、開放性、即時(shí)性等方面已不再滿足教育信息化的發(fā)展需求，而“智能教室”的出現(xiàn)為當(dāng)下的信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度整合提供了可能的解決方案。

一、智能教室

1.“智能教室”的界定

智能教室（Intelligent Classroom）也稱為“智慧教室（Smart Classroom）”、“未來(lái)教室（Future Class?room）”。智能教室還是一個(gè)發(fā)展中的概念，尚未形成統(tǒng)一的界定。以下為幾種具有代表性的說(shuō)法：臺(tái)灣的賴阿福認(rèn)為智能教室可定義為一個(gè)高度信息化、互動(dòng)性強(qiáng)、整合性佳的教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)境，適合進(jìn)行信息融入教學(xué)、數(shù)字學(xué)習(xí)，教師可運(yùn)用多元教學(xué)策略于講授、評(píng)量、診斷、互動(dòng)、討論、探究等教學(xué)過(guò)程中，除了能強(qiáng)化教學(xué)效能及學(xué)習(xí)成效外，亦能提升學(xué)習(xí)者的關(guān)鍵能力（包含問(wèn)題解決、創(chuàng)意思考、批判思考、溝通表達(dá)、信息應(yīng)用等能力）［1］；陳衛(wèi)東等認(rèn)為智能教室是一個(gè)能夠方便對(duì)教室所裝備的視聽、計(jì)算機(jī)、投影、交互白板等聲、光、電設(shè)備進(jìn)行控制和操作，有利于師生無(wú)縫地接入資源及從事教與學(xué)活動(dòng)，并能適應(yīng)包括遠(yuǎn)程教學(xué)在內(nèi)的多種學(xué)習(xí)方式，以自然的人機(jī)交互為特征的，依靠智能空間技術(shù)實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)型教室［2］；胡衛(wèi)星等認(rèn)為智能教室是新科學(xué)技術(shù)發(fā)展并應(yīng)用于學(xué)校課堂教育的產(chǎn)物，它是一種以泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等先進(jìn)科技為基礎(chǔ)，以合適的數(shù)字化課程和資源為前提，以互動(dòng)為核心，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)過(guò)程最優(yōu)化的新學(xué)習(xí)環(huán)境與空間［3］。分析相關(guān)文獻(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)各專家學(xué)者對(duì)智能教室的界定主要包含以下三個(gè)方面：（1）硬件方面：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無(wú)縫連接計(jì)算機(jī)、交互性白板、電子書包、個(gè)人智能終端、實(shí)物投影、攝像頭等設(shè)備；（2）功能方面：輕松實(shí)現(xiàn)內(nèi)容呈現(xiàn)、多屏互動(dòng)、即時(shí)反饋、課堂錄播、遠(yuǎn)程教學(xué)等教學(xué)功能；（3）課堂教學(xué)方面：具有靈活性、智能性、開放性、交互性等特點(diǎn)。

2.案例中“智能教室”的構(gòu)造和功能

下面就教學(xué)案例中使用的智能教室的基本構(gòu)造及相關(guān)功能作以簡(jiǎn)要說(shuō)明：

圖1 智能教室基本構(gòu)造示意圖

①交互式電子白板：將電子白板、計(jì)算機(jī)、短焦投影等多媒體設(shè)備高度集成，能夠與教室內(nèi)其他大屏幕或?qū)W生終端進(jìn)行交互

②觸控一體機(jī)：與屏幕①同步，或作為獨(dú)立的計(jì)算機(jī)

③觸控一體機(jī)：與屏幕①或②同步，或作為獨(dú)立的計(jì)算機(jī)

④短焦電子白板：與屏幕①同步或作為白板

⑤智能教室終端：控制各教學(xué)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)教室高密度wifi覆蓋，內(nèi)置高拍儀、音響等系統(tǒng)

⑥多功能講臺(tái)

⑦充電柜：支持60部學(xué)生終端（7.9寸平板）充電

⑧活動(dòng)桌椅

⑨攝像頭：課堂錄播

⑩無(wú)塵黑板

二、“智能教室”支持下的電解池教學(xué)

1.“電解池（第一課時(shí)）”教學(xué)過(guò)程

本節(jié)內(nèi)容選自蘇教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第二單元中“電解池的工作原理及應(yīng)用（第一課時(shí)）”。電解原理屬于電化學(xué)知識(shí)，是中學(xué)化學(xué)基本理論的重要組成部分，與氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)和能量變化等知識(shí)密切相關(guān)，它是電化學(xué)基礎(chǔ)，也是原電池知識(shí)的延續(xù)，更是研究其應(yīng)用的基礎(chǔ)。在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、原電池等相關(guān)知識(shí)，對(duì)物理中電學(xué)知識(shí)有一定的基礎(chǔ)，同時(shí)形象思維能力已充分發(fā)展，抽象思維能力也在迅速發(fā)展中，具有一定的實(shí)驗(yàn)探究和分析推理能力。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析，結(jié)合“智能教室”的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)并實(shí)施教學(xué)過(guò)程如下：

圖2 智能教室支持下的電解池教學(xué)過(guò)程示意圖

2.智能教室系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

智能教室作為一種新型的教室形態(tài)，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、提高課堂參與程度、增強(qiáng)課堂深度交互、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象高清展示、即時(shí)反饋教學(xué)效果等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)

心理學(xué)家阿倫·佩維奧提出的“雙重編碼理論”認(rèn)為大腦中存在兩個(gè)功能獨(dú)立卻又相互聯(lián)系的認(rèn)知系統(tǒng)：來(lái)自語(yǔ)言經(jīng)驗(yàn)的語(yǔ)言系統(tǒng)和非語(yǔ)言系統(tǒng)。語(yǔ)言系統(tǒng)處理語(yǔ)言信息，并以字符為基本單位編碼存儲(chǔ)在文字記憶區(qū)；非語(yǔ)言系統(tǒng)則是處理非語(yǔ)言信息，編碼是以心象作為其基本單位存儲(chǔ)在圖像記憶區(qū)，也在對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言記憶區(qū)留下一個(gè)文字對(duì)照版本。視覺(jué)形式和語(yǔ)言形式一起呈現(xiàn)信息有助于增強(qiáng)記憶及識(shí)別［4］。

普通教室配備的投影儀是一個(gè)單屏環(huán)境，因空間所限難以將視覺(jué)信息和語(yǔ)言信息同時(shí)呈現(xiàn)，即便以黑板配合呈現(xiàn)語(yǔ)言信息（如板書或板演），又會(huì)出現(xiàn)需要頻繁開關(guān)燈或者拉窗簾的情況。相較于普通教室，智能教室則是一個(gè)多屏環(huán)境，能夠優(yōu)化教學(xué)資源的呈現(xiàn)形式，以圖文并茂、意義關(guān)聯(lián)形成呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，以此刺激兩個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)，使學(xué)生在相互關(guān)聯(lián)的信息中積極構(gòu)建新知識(shí)的意義，降低純語(yǔ)言帶來(lái)的認(rèn)知負(fù)荷，以促進(jìn)學(xué)生高效學(xué)習(xí)。

本案例中的智能教室一共有6塊顯示屏，分布于教室前方和左右兩側(cè)。圖1中的①號(hào)為主顯示屏，在教學(xué)中主要呈現(xiàn)圖片、網(wǎng)絡(luò)資料、實(shí)驗(yàn)視頻、習(xí)題等教學(xué)內(nèi)容，并在教學(xué)中與學(xué)生平板發(fā)生交互；②號(hào)顯示屏配合顯示相關(guān)的文字信息；兩側(cè)的四塊顯示屏分別同步①、②上的內(nèi)容，這樣每位學(xué)生都不需要頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)身子即可獲得信息。

此外，智能教室中使用的交互式白板或者觸控一體機(jī)亮度較普通教室中使用的幕布高，使用中無(wú)需營(yíng)造“暗室”環(huán)境。短焦投影儀的使用既可以避免投影機(jī)光線對(duì)教師眼睛的直射，同時(shí)也避免教師的影子被投射在屏幕上遮擋畫面。

（2）提高課堂參與程度

我們所處的是一個(gè)信息爆炸的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)上有著豐富的教育資源，但是在普通教室里，只有教師的電腦可以連接互聯(lián)網(wǎng)，教師將課前或課上搜索到的資源展示給學(xué)生，學(xué)生被動(dòng)接受。而在智能教室里，學(xué)生獲得信息的途徑更為廣泛也更為便捷，通過(guò)手中的平板鏈接網(wǎng)絡(luò)就可以獲得所需的資料，從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)參與。

在引入階段，筆者提出問(wèn)題，由學(xué)生通過(guò)平板上網(wǎng)搜索以獲取信息，并將搜索到的網(wǎng)頁(yè)信息以截圖的形式上傳到教學(xué)主機(jī)，而后全班共享信息并進(jìn)行分析。比之以往直接將化學(xué)史料呈現(xiàn)在PPT上，這種學(xué)生主動(dòng)參與其中的方式，使得其注意力更快地集中到學(xué)習(xí)任務(wù)上來(lái)，并且學(xué)習(xí)興致也更為高漲。

（3）增強(qiáng)課堂深度交互

互動(dòng)是課堂教學(xué)的重要組成部分，也是有效課堂教學(xué)的體現(xiàn)形式之一。在智能教室里，課堂中的“教”與“學(xué)”更多地體現(xiàn)為一種互動(dòng)過(guò)程，這種互動(dòng)包括教學(xué)者與學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)，學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)，教學(xué)者、學(xué)習(xí)者與教學(xué)資源、學(xué)習(xí)資源之間的互動(dòng)，課堂教學(xué)主體與課堂設(shè)備之間的人機(jī)互動(dòng)，現(xiàn)實(shí)課堂與虛擬課堂中的人、資源與設(shè)備的互動(dòng)等［5］。

而這樣的交互，操作上也非常的簡(jiǎn)便：教師可以選取屏幕上的文字或圖片作為問(wèn)題發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生接收后作答并提交即可。對(duì)于判斷題或選擇題，學(xué)生直接點(diǎn)選后提交，系統(tǒng)會(huì)顯示提交人數(shù)并給出簡(jiǎn)要統(tǒng)計(jì)分析，教師可以及時(shí)獲知作答情況，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)或調(diào)整教學(xué)。對(duì)于主觀題，學(xué)生可以采用直接在平板上書寫或在紙上寫完答案后拍照兩種形式進(jìn)行上傳，教師既能夠以縮略圖的形式瀏覽學(xué)生答案，又可以點(diǎn)選放大后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

本節(jié)課中利用智能教室系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的交互行為主要有以下三種形式：

①個(gè)別展示

在教學(xué)環(huán)節(jié)二中，要求學(xué)生對(duì)通電前后熔融NaCl中微粒的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。筆者指定一名學(xué)生進(jìn)行作答，并通過(guò)“學(xué)生示范”功能，將其平板上的內(nèi)容同步顯示在大屏幕上。學(xué)生一邊口中敘述一邊在平板上的示意圖上畫出電流方向、離子運(yùn)動(dòng)方向，將其思維過(guò)程清晰地展現(xiàn)出來(lái)。

②全班作答

除了前面提到的引入環(huán)節(jié)搜索鈉的發(fā)現(xiàn)史是每位同學(xué)都參與作答以外，在三個(gè)電解池（電解熔融NaCl、惰性電極電解CuCl2溶液、活性電極電解CuCl2溶液）的電極方程式和總反應(yīng)方程式的書寫都采用全班作答的形式。相比于普通課堂只能了解到部分學(xué)生的掌握情況，智能教室可以采用人人答題、即時(shí)提交的方式，不僅能促使全體學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高學(xué)生注意力，還能保證每位學(xué)生都有平等的答題機(jī)會(huì)，且答題過(guò)程不受他人干擾。

③小組提交

在環(huán)節(jié)四中，小組討論書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式的一般步驟和注意事項(xiàng)，匯總成統(tǒng)一意見后以小組為單位提交，全班交流并進(jìn)行補(bǔ)充。因提交的是文本形式，比之普通課堂上常采用的口頭匯報(bào)方式更為清晰明了。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象高清展示

電解CuCl2溶液是電解原理教學(xué)中比較重要的實(shí)驗(yàn)。如果作為演示實(shí)驗(yàn)，大部分同學(xué)只能觀察到淀粉-KI試紙變藍(lán)，只有少數(shù)前排同學(xué)能觀察到陽(yáng)極上產(chǎn)生的氣泡和陰極上附著的紅色固體；若作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，雖然便于清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但因電解裝置較為復(fù)雜實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作繁瑣，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生較多對(duì)人體有害的氯氣。

為了讓所有同學(xué)都能觀察到完整的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而又不產(chǎn)生大量有毒的氯氣，筆者嘗試使用高拍儀的實(shí)物投影功能，但其攝像頭固定在上方，無(wú)法從側(cè)面捕捉到氣泡產(chǎn)生和固體析出的畫面，而且圖像遲滯并伴有拖影。不過(guò)也因此受到啟發(fā)，采用iPad對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行拍攝，并用airplayer功能（蘋果錄屏大師）將實(shí)時(shí)畫面同步投影到屏幕上。與高拍儀相比，使用iPad可以自由調(diào)節(jié)距離和角度，畫面清晰無(wú)遲滯，并且可以根據(jù)教學(xué)需要對(duì)錄像文件進(jìn)行重播、畫面提取等操作。

本節(jié)課的兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)都是采用這樣的投屏方式，配合六塊大顯示屏，使得每位學(xué)生都能清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尤其是演示實(shí)驗(yàn)2。當(dāng)筆者將實(shí)驗(yàn)1中直流電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，并讓學(xué)生猜想實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生大多認(rèn)為現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)1一樣，但當(dāng)電解開始之后，學(xué)生卻并未從陽(yáng)極（即原實(shí)驗(yàn)1中作陰極的碳棒，此時(shí)表面附著了一層金屬銅）上觀察到氣泡，反而是觀察到附著的銅溶解減少了。當(dāng)筆者再次播放實(shí)驗(yàn)1的錄像時(shí)，不少同學(xué)發(fā)現(xiàn)了兩次實(shí)驗(yàn)的不同：實(shí)驗(yàn)2的陽(yáng)極上附著了金屬銅，由此展開了活性電極作陽(yáng)極時(shí)電極反應(yīng)的討論。

（5）即時(shí)反饋教學(xué)效果

在課堂的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，將課前使用智能教室教學(xué)系統(tǒng)編制的課堂練習(xí)發(fā)送到學(xué)生平板，并設(shè)定答題時(shí)間，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間完成后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定好的答案，自動(dòng)給出客觀題的正確率，即時(shí)反饋教學(xué)效果。即時(shí)反饋利于教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，對(duì)某些學(xué)生存在的問(wèn)題也能及時(shí)給予幫助；同時(shí)，學(xué)生通過(guò)即時(shí)反饋，也能了解自身的掌握情況，維系課堂的專注程度。

此外，智能教室還有許多其他的非常實(shí)用的功能。例如，白板功能、屏幕廣播、課堂實(shí)錄、數(shù)據(jù)采集等等，就不再一一贅述。

三、智能教室教學(xué)實(shí)踐的思考與反思

本節(jié)課是對(duì)智能教室支持下進(jìn)行化學(xué)課堂教學(xué)的一種嘗試。與傳統(tǒng)多媒體教室相比，智能教室在教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示，互動(dòng)活動(dòng)的展開，教學(xué)效果的反饋等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，師生對(duì)智能教室系統(tǒng)使用的熟練程度對(duì)教學(xué)影響較大；多屏互動(dòng)的實(shí)現(xiàn)受制于網(wǎng)速；智能教室所需設(shè)備多、資金投入大，現(xiàn)階段難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)常態(tài)化。

［1］［5］陳衛(wèi)東.教育技術(shù)學(xué)視野下的未來(lái)課堂研究［D］.上海:華東師范大學(xué),2012

［2］ 陳衛(wèi)東,葉新東,張際平.智能教室研究現(xiàn)狀與未來(lái)展望［J］.遠(yuǎn)程教育雜志,2011,29（4）:39-45

［3］ 胡衛(wèi)星,田建林.智能教室系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用模式研究［J］.中國(guó)電化教育,2011（9）:127-132

［4］ 王偉.基于電子雙屏白板的“主導(dǎo)·主體”模式教學(xué)應(yīng)用研究——以高中數(shù)學(xué)為例［D］.武漢:華中師范大學(xué),2011

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