以信息技術(shù)優(yōu)化中學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的策略探析

吳挺拔 周瓊

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)被稱為信息時(shí)代，因?yàn)楦餍懈鳂I(yè)都需要以信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展。作為培養(yǎng)社會(huì)所需人才的基本機(jī)構(gòu)——學(xué)校教育，也應(yīng)該以信息技術(shù)促使學(xué)科教育實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育轉(zhuǎn)型。中學(xué)理科是以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為基礎(chǔ)的，而實(shí)驗(yàn)又是提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的基本方式，也可通過信息技術(shù)建立仿真實(shí)驗(yàn)室，通過虛擬實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)做好準(zhǔn)備。以在中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中引入信息技術(shù)為基礎(chǔ)，便于任課教師意識(shí)到信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的必要性，并由此提出整合策略，完善一線教師的整體認(rèn)識(shí)，穩(wěn)步提升中學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：中學(xué)理科；實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)；信息技術(shù)；整合意義；教學(xué)策略

信息時(shí)代的到來之所以引起了教育領(lǐng)域的巨大變革，是因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)大大改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。比如，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)資源獲取豐富的學(xué)科知識(shí)，不必只依靠教師的課堂講解；學(xué)生可以通過信息技術(shù)與志同道合的網(wǎng)民展開大范圍的交流與互動(dòng)，開闊學(xué)生眼界，等等。中學(xué)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本場合，也應(yīng)主動(dòng)以信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室管理與組織方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)感官，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。具體來說，在中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中引入信息技術(shù)有哪些積極作用呢？下面，筆者將從優(yōu)化理科實(shí)驗(yàn)的組織效果、突破常規(guī)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)弊端、提升學(xué)生的探究能力三個(gè)角度分析。

一、中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室引入信息技術(shù)的必要性

1.優(yōu)化中學(xué)實(shí)驗(yàn)的組織效果

一般來說，中學(xué)理科包含生物、化學(xué)、物理三門學(xué)科，而這三門學(xué)科也被認(rèn)為是科學(xué)的三個(gè)分支，都以實(shí)驗(yàn)為基本特征。通過實(shí)驗(yàn)組織學(xué)科教學(xué)是為了讓中學(xué)生親自經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的整個(gè)過程，自主生成知識(shí)意義，掌握科學(xué)探究規(guī)律。其中，有一部分實(shí)驗(yàn)的操作過程繁瑣、反應(yīng)周期較長、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，導(dǎo)致學(xué)生無法在實(shí)驗(yàn)操作中得出科學(xué)結(jié)論。另外，部分實(shí)驗(yàn)還需要學(xué)生統(tǒng)計(jì)繁瑣的數(shù)據(jù)才能得出具體結(jié)論，而常規(guī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卻存在很大的誤差，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)性。但是，信息技術(shù)不同，它能夠顯化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加速實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程，甚至可以通過數(shù)據(jù)處理軟件得出精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，大大降低了出現(xiàn)誤差的可能性，更易于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

2.突破常規(guī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的弊端

一般來說，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要一定量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)藥品，尤其是一些無可代替的實(shí)驗(yàn)用具直接關(guān)系著實(shí)驗(yàn)是否能順利展開。另外，分組實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本形式。如果不及時(shí)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)用品，便從客觀角度降低了學(xué)生親自操作實(shí)驗(yàn)的可能性。如果可以引入信息技術(shù)，那么便能以信息技術(shù)手段代替部分實(shí)驗(yàn)工具，且避免了更換實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工具的繁瑣工作，還有一部分有污染性、存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)都可以用信息技術(shù)展開模擬操作，從而豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織形式。

3.有利于提升學(xué)生探究能力

核心素養(yǎng)將學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力作為最關(guān)鍵的兩種能力，為此，教師應(yīng)給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)與自主探究的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作總結(jié)科學(xué)探究的客觀規(guī)律。信息技術(shù)的輔助為提升學(xué)生的探究能力提出了新的可能，比如，教師可借助信息技術(shù)激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作興趣，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，等等，便于學(xué)生充分利用信息技術(shù)參與實(shí)驗(yàn)探究，穩(wěn)步提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為優(yōu)化我國國民素質(zhì)，給科學(xué)研究領(lǐng)域培養(yǎng)一批具有動(dòng)手能力的人才做好準(zhǔn)備。

面對(duì)信息技術(shù)所帶來的各類好處，教師應(yīng)該多研究國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，分析整合中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與信息技術(shù)的有效策略，將仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，全面優(yōu)化中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。下面，筆者將從以信息技術(shù)組織常規(guī)理科實(shí)驗(yàn)、以信息技術(shù)管理實(shí)驗(yàn)室、以信息技術(shù)監(jiān)督學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程三個(gè)角度分析中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室與信息技術(shù)整合的有效策略。

二、中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室與信息技術(shù)整合的策略

1.以信息技術(shù)組織常規(guī)理科實(shí)驗(yàn)

就目前來說，被廣泛應(yīng)用到中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的信息技術(shù)主要包括傳感器、多媒體軟件、投影一體機(jī)等。這些軟件是構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的基本技術(shù)載體。在中學(xué)學(xué)校中，教師應(yīng)嘗試以信息技術(shù)組織常規(guī)理科實(shí)驗(yàn)，保證每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，通過信息技術(shù)改革完善常規(guī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)做好準(zhǔn)備。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常是通過各類瓶瓶罐罐、夾子、酒精燈、砝碼等實(shí)驗(yàn)設(shè)備展開的，中學(xué)生也需要利用自己的感官得出具體的結(jié)論，而中學(xué)生的主觀意象很可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)性。以信息技術(shù)組織常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)采集器識(shí)別與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)信息，借助數(shù)字化處理軟件繪制圖像，更便于學(xué)生得出客觀而全面的結(jié)論。因此，以信息技術(shù)組織常規(guī)理科實(shí)驗(yàn)可以有效優(yōu)化理科實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。但是，在此之前，教師應(yīng)該思索如何以信息技術(shù)展開常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作，訓(xùn)練學(xué)生的信息技術(shù)操作水平。

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我校教師便經(jīng)常使用微課組織化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即教師提前錄制實(shí)驗(yàn)講解視頻，然后學(xué)生只需自行下載觀看，展開實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，為實(shí)驗(yàn)室探究行為做好準(zhǔn)備。就如在“制取氧氣”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我校教師便通過信息技術(shù)的微課制作軟件錄制了制取氧氣的整個(gè)過程，通過字幕與鏡頭切換強(qiáng)調(diào)了制取氧氣實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn)。待視頻錄制完成之后，教師便將其上傳到網(wǎng)絡(luò)公眾平臺(tái)上，學(xué)生應(yīng)在我校的電子閱覽室內(nèi)自主下載觀看，熟悉制取氧氣的相關(guān)操作方法，然后再在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)展開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探索。另外，通過實(shí)驗(yàn)室操作行為，學(xué)生也可以直接在課后主動(dòng)根據(jù)微視頻進(jìn)行復(fù)習(xí)，及時(shí)查漏補(bǔ)缺，穩(wěn)步提升自己的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

2.以信息技術(shù)管理實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室管理是中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的基本內(nèi)容，管理越精細(xì)、越完善，就越能為中學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室管理教學(xué)中，任課教師應(yīng)通過信息技術(shù)記錄完善的實(shí)驗(yàn)室使用記錄，登記實(shí)驗(yàn)設(shè)備與用品的使用情況，同時(shí)還可通過信息技術(shù)分享本校實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀與運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理，提升實(shí)驗(yàn)效率。我們都知道，儲(chǔ)存量大、信息更新及時(shí)是信息技術(shù)的基本特征，云儲(chǔ)存、網(wǎng)盤、云盤等多種信息技術(shù)的開發(fā)與普及更是無限擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的信息儲(chǔ)存量，這就便于教師隨時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的使用情況登記相關(guān)信息，同時(shí)還可通過搜索學(xué)情信息進(jìn)行信息查詢，規(guī)避了常規(guī)實(shí)驗(yàn)室管理出現(xiàn)資料不足、不易保存等問題。

一般來說，實(shí)驗(yàn)室的信息化管理體系通常包括信息查詢、預(yù)約管理、設(shè)備授權(quán)、計(jì)算機(jī)使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)等多種內(nèi)容，還可監(jiān)督各個(gè)儀器的工作狀態(tài)，便于學(xué)生、教師與實(shí)驗(yàn)室管理員查看相關(guān)信息。中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室需面向全體學(xué)生，如果可以借助信息技術(shù)的“預(yù)約管理”功能，各個(gè)班級(jí)教師便可結(jié)合實(shí)際的教學(xué)需求提前預(yù)約實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)間，避免與其他班級(jí)發(fā)生沖突，保證所有的學(xué)生都可有序參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。另外，常規(guī)的理科實(shí)驗(yàn)是以班級(jí)展開的，但是部分學(xué)生需要以實(shí)驗(yàn)滿足個(gè)人學(xué)習(xí)需求。以信息技術(shù)建立開放性的實(shí)驗(yàn)室，便可保證實(shí)驗(yàn)室全天面向?qū)W生，而學(xué)生則需通過信息技術(shù)記錄自己使用實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間、所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與藥品等等。值得一提的是，為了切實(shí)通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，學(xué)校應(yīng)以學(xué)校管理員、任課教師管理員與學(xué)生管理三層管理模式建立完善的實(shí)驗(yàn)室管理制度，每個(gè)人員所對(duì)應(yīng)的管理權(quán)限不盡相同。比如，學(xué)生權(quán)限包括通過信息平臺(tái)查詢實(shí)驗(yàn)儀器、申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室使用、在線交流等；教師權(quán)限則包括實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)人員分配、實(shí)驗(yàn)用品經(jīng)費(fèi)分配等；學(xué)校管理員權(quán)限則包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備維修與更新申請(qǐng)、數(shù)據(jù)修改與刪除等。

3.以信息技術(shù)監(jiān)督學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程

建設(shè)信息化理科實(shí)驗(yàn)室并不只作用于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究過程，還可以讓教師通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程展開客觀評(píng)價(jià)，保證實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的客觀性與全面性。教學(xué)評(píng)價(jià)一直對(duì)教學(xué)活動(dòng)起著導(dǎo)向、激勵(lì)與查漏補(bǔ)缺的作用，但是常規(guī)的“紙筆考試”評(píng)價(jià)導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注最終的實(shí)驗(yàn)成績，所以出現(xiàn)了部分學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)操作步驟與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不重視實(shí)驗(yàn)操作過程與實(shí)驗(yàn)分析的問題，大大降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。但是，信息技術(shù)不同，它可以監(jiān)督學(xué)生在線上操作實(shí)驗(yàn)的時(shí)長、與其他人展開實(shí)驗(yàn)探討與合作交流的具體過程、學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)操作誤差以及所選擇的解決辦法等各類信息，能夠全面監(jiān)督學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究行為，便于學(xué)生根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)操作計(jì)劃完善個(gè)人的實(shí)驗(yàn)操作水平，切實(shí)發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)的具體功用。

為了監(jiān)督學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室展開化學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體情況，本校教師會(huì)經(jīng)常用微信、QQ等與學(xué)生展開線上交流，了解中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的真實(shí)感受，監(jiān)督學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)行為。比如，我校有一個(gè)學(xué)生十分喜歡做實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃屗褚晃徽嬲目茖W(xué)家一樣經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、證明的認(rèn)知過程。通過通信技術(shù)，這個(gè)學(xué)生可隨時(shí)向所有化學(xué)教師提出教師指導(dǎo)請(qǐng)求，有空閑時(shí)間的教師應(yīng)主動(dòng)以視頻通話、語音通話等多種方式對(duì)學(xué)生展開一對(duì)一的教師輔導(dǎo)，幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)。另外，學(xué)生也可以通過手機(jī)自主錄制個(gè)人操作實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，在課后回訪、檢查，分析自己的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)行為，以便及時(shí)提升自己的實(shí)驗(yàn)操作能力。這就加強(qiáng)了師生、生生互動(dòng)，對(duì)提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力十分重要。通過信息平臺(tái)的學(xué)生追蹤信息，我校化學(xué)教師大力贊揚(yáng)了這個(gè)學(xué)生追求科學(xué)、敢于探究的優(yōu)良品質(zhì)，希望他可以繼續(xù)保持。另外，教師還會(huì)經(jīng)常根據(jù)這個(gè)學(xué)生所操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析這個(gè)學(xué)生所得實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性，就學(xué)生的操作失誤提出專業(yè)指導(dǎo)。

總而言之，以信息技術(shù)建設(shè)數(shù)字化中學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為未來發(fā)展的主要趨勢。教師應(yīng)該抓住信息時(shí)代所帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，通過信息技術(shù)改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)與組織形式，完善學(xué)生的實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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