無線同屏技術(shù)下初中科學(xué)數(shù)字化教學(xué)案的實(shí)踐研究

王盛之 陳伊凡

摘 要：面對(duì)數(shù)字時(shí)代教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)，運(yùn)用無線同屏技術(shù)與基于數(shù)字化教學(xué)案的智慧課堂互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，以“二氧化碳的應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐為例，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)深度融合，有助于提高科學(xué)教學(xué)效能，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：無線同屏；數(shù)字化教學(xué)案；二氧化碳

當(dāng)今世界，科技進(jìn)步日新月異，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)深刻改變著人類的思維、生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)、交往方式。數(shù)字時(shí)代，通過互聯(lián)網(wǎng)，師生可以獲得無窮多的信息，如何讓師生合理運(yùn)用相關(guān)技術(shù)手段，準(zhǔn)確高效地獲得自己所需信息？基于技術(shù)的創(chuàng)新是“互聯(lián)網(wǎng)+”的特點(diǎn)，我們通過運(yùn)用無線同屏技術(shù)與基于數(shù)字化教學(xué)案的智慧課堂互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，較方便地實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)深度融合，體現(xiàn)無邊界的以生為本的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)思維，既能減負(fù)增效，又有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、數(shù)字化教學(xué)案的內(nèi)涵解析

“數(shù)字化教學(xué)案”是基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的課堂教學(xué)方案。借助互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，師生通過使用智能終端運(yùn)行，運(yùn)用相關(guān)的應(yīng)用平臺(tái)軟件，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息的采集、分析、處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的互動(dòng)的教學(xué)反饋，提高教育教學(xué)效能。[1]

運(yùn)用無線同屏技術(shù)輔助科學(xué)課堂教學(xué)，需要一個(gè)大屏幕顯示器（絕大部分學(xué)校都已配備），一臺(tái)平板電腦再加上一個(gè)無線同屏器，就能以較少的硬件投入及時(shí)拍照交流和反饋課堂中學(xué)生的作答情況，直接用手或手寫筆在平板上作答，并同步投影到屏幕上交流分享，及時(shí)地記錄并較為清晰地投影教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)到大屏幕上供交流分享等，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到以“數(shù)字化教學(xué)案”為載體的線上線下混合學(xué)習(xí)，以智能化教學(xué)促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

二、數(shù)字化教學(xué)案的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

數(shù)字化教學(xué)案的設(shè)計(jì)主要圍繞六個(gè)核心要素：學(xué)情調(diào)查、目標(biāo)問題、交流展示、學(xué)能監(jiān)測(cè)、反思評(píng)價(jià)、拓展提高。課前根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)生學(xué)情調(diào)查結(jié)果制定教學(xué)目標(biāo)，充分關(guān)注學(xué)生已有的前概念，確立目標(biāo)問題；課中交流展示，師生充分互動(dòng)，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，并及時(shí)進(jìn)行學(xué)能監(jiān)測(cè)獲得教學(xué)反饋；課后進(jìn)行反思評(píng)價(jià)，并針對(duì)學(xué)生學(xué)能監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行針對(duì)性的拓展提高訓(xùn)練。在教學(xué)中，遵循體現(xiàn)核心要素的原則，層層推進(jìn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，以智慧教學(xué)系統(tǒng)為平臺(tái)，關(guān)注每一個(gè)學(xué)生的核心素養(yǎng)的發(fā)展；利用無線同屏技術(shù)，真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體，實(shí)時(shí)交流反饋，提高課堂效率?；跀?shù)字化教學(xué)案的智能化教學(xué)個(gè)性化學(xué)習(xí)途徑[2]如圖1所示。

（一）學(xué)情調(diào)查

美國(guó)教育學(xué)家奧斯伯爾曾提出“影響學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的因素是學(xué)生頭腦中已有的知識(shí)，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)進(jìn)行教學(xué)?！睂W(xué)生的頭腦中并不是一塊白板，教師應(yīng)善于并勤于調(diào)查學(xué)生頭腦中的前概念，通過學(xué)情調(diào)查，一方面喚起學(xué)生頭腦中的已有認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的求知欲；另一方面及時(shí)暴露學(xué)生的問題，從而更精準(zhǔn)地確定教學(xué)的起點(diǎn)，促進(jìn)因材施教。

以我們?cè)O(shè)計(jì)執(zhí)教的浙江省教育廳百人千場(chǎng)“二氧化碳的應(yīng)用（復(fù)習(xí)）”示范課為例。備課之前的學(xué)情調(diào)查首先設(shè)置5道選擇題，內(nèi)容分別為二氧化碳的性質(zhì)、二氧化碳的應(yīng)用、二氧化碳性質(zhì)與應(yīng)用（共2題）、二氧化碳的功與過，請(qǐng)學(xué)生在課前完成。通過智慧教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反饋學(xué)生的作答情況，找到學(xué)生的不足，為實(shí)施針對(duì)性的教學(xué)做好鋪墊?？疾閮?nèi)容的知識(shí)維度及對(duì)應(yīng)的作答情況如圖2所示。

在上課之初可請(qǐng)學(xué)生盡可能多地寫出與二氧化碳有關(guān)的化學(xué)方程式。請(qǐng)學(xué)生閱讀教學(xué)案學(xué)情調(diào)查部分，選擇幾個(gè)典型答案用平板拍照并交流分享。再引導(dǎo)學(xué)生找出各個(gè)反應(yīng)的聯(lián)系，找到其中的碳循環(huán)（如圖3），對(duì)原有知識(shí)進(jìn)行概念圖式的復(fù)習(xí)梳理。

再將目光聚焦到有二氧化碳參加反應(yīng)的化學(xué)方程式中，引發(fā)學(xué)生思考：從這些化學(xué)方程式中，你能找到一些體現(xiàn)二氧化碳用途的蛛絲馬跡嗎？從而引導(dǎo)學(xué)生通過化學(xué)反應(yīng)復(fù)習(xí)二氧化碳的用途，體現(xiàn)性質(zhì)決定用途的思想。并讓學(xué)生判斷這些用途利用了二氧化碳的物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)，從而明確物質(zhì)的性質(zhì)分物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。例：二氧化碳能和水反應(yīng)生成碳酸，利用二氧化碳這一化學(xué)性質(zhì)我們可以制作碳酸飲料。二氧化碳還能和水在光照條件下在葉綠體中進(jìn)行光合作用，生成有機(jī)物與氧氣，同時(shí)把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能為我們?nèi)祟惿嫣峁┦澄锱c能量。

【同屏功能使用分析】拍照及時(shí)反饋學(xué)生化學(xué)方程式的作答情況，并進(jìn)行個(gè)別分析，分析時(shí)直接在平板上書寫，實(shí)時(shí)同步到大屏幕上。直接請(qǐng)學(xué)生在平板上書寫圖3方框內(nèi)的內(nèi)容，及時(shí)總結(jié)反饋，非常直觀又節(jié)約了大量的時(shí)間。提問“這些用途都利用了CO2的（物理/化學(xué)）性質(zhì)”時(shí)，可直接在PPT“化學(xué)”兩個(gè)字上打鉤，清晰直觀，而不是PPT預(yù)設(shè)好學(xué)生回答結(jié)果并進(jìn)行顯示，體現(xiàn)了更多的主觀能動(dòng)性。

（二）目標(biāo)問題

課堂中離不開問題的提出和解決。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)和學(xué)情調(diào)查的結(jié)果（學(xué)生學(xué)情），設(shè)置基于學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的目標(biāo)問題，以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生的求知欲，同時(shí)學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)也有了更清晰的認(rèn)識(shí)。目標(biāo)問題的設(shè)置在充分考慮教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)和學(xué)生學(xué)情的同時(shí)，還應(yīng)充分考慮問題的情境，應(yīng)是生動(dòng)的、有趣的問題，而非生硬的、脫離實(shí)際的的問題。

（1）你見過“干冰”嗎？干冰有哪些用途？

（2）二氧化碳能滅火嗎？

（3） 一高一低兩支燃著的蠟燭上蓋一只燒杯， 猜一猜哪一支蠟燭先熄滅？

基于目標(biāo)問題，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。整節(jié)課應(yīng)圍繞兩個(gè)目標(biāo)問題展開探究學(xué)習(xí)。

（三）合作交流

在學(xué)生獨(dú)立思考自主學(xué)習(xí)有困難的情況下，組織學(xué)生合作探究展示交流，線上線下有機(jī)結(jié)合混合學(xué)習(xí)。該環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流與合作，并為學(xué)生搭建平臺(tái)對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行展示。小組內(nèi)成員應(yīng)各有任務(wù)，通力合作，集思廣益，達(dá)到較好的探究效果。

1.實(shí)驗(yàn)探究一

[ 干冰加到水里 干冰上點(diǎn)蠟燭 現(xiàn)象 原因 結(jié)論 生活中應(yīng)用 ]

2.實(shí)驗(yàn)探究二

[ 現(xiàn)象 原因 結(jié)論 生活中應(yīng)用 ]

教學(xué)案中交流展示部分圍繞著以上兩個(gè)表格的內(nèi)容進(jìn)行。教師演示干冰加到水里的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生觀察現(xiàn)象。請(qǐng)學(xué)生科學(xué)地解釋是否是“沸騰”現(xiàn)象；產(chǎn)生的是“白煙”還是“白霧”；這煙霧繚繞的物質(zhì)是“水”還是“干冰”。提供資料：二氧化碳的物態(tài)變化溫度和壓強(qiáng)圖。分別展示三張干冰制造舞臺(tái)效果、干冰降雨、干冰食品保鮮的圖片，請(qǐng)學(xué)生回答分別具體利用了干冰的什么性質(zhì)，這些性質(zhì)屬于物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)。

為了自然地過渡，展示一張有一杯紅酒和未點(diǎn)燃的蠟燭的圖片，提問學(xué)生如何制造浪漫的氣氛，學(xué)以致用。比如：在紅酒中放入干冰；將蠟燭點(diǎn)燃，浪漫燭光晚餐。教師播放視頻，視頻中的蠟燭始終點(diǎn)不燃。請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)原因，引出二氧化碳是不助燃的。從而引導(dǎo)學(xué)生回顧新課時(shí)傾倒二氧化碳的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生回答實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，引出二氧化碳可用作滅火劑，復(fù)習(xí)二氧化碳滅火劑的適用范圍。教師提問：鎂等活潑金屬燃燒能用二氧化碳滅火嗎？播放鎂燃燒引起的火災(zāi)視頻，學(xué)習(xí)消防人員傳授的知識(shí)。從而對(duì)之前的結(jié)論進(jìn)行完善：二氧化碳在通常情況下不助燃。借此再?gòu)?fù)習(xí)滅火這一部分的內(nèi)容，進(jìn)一步理解幾種滅火方法。

結(jié)合生活實(shí)際，介紹幾年來全國(guó)發(fā)生火災(zāi)的情況，提出問題：火災(zāi)無情，該如何逃生？建立模型，展示一高一低兩支燃著的蠟燭上蓋一只燒杯的圖片，提問學(xué)生哪一支蠟燭先熄滅。請(qǐng)學(xué)生提出猜想，并組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。學(xué)生都知道二氧化碳密度比空氣大，會(huì)沉在底部，而上面的蠟燭先熄滅的實(shí)驗(yàn)結(jié)論引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突。啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，得出更為科學(xué)的表述：通常情況下，二氧化碳的密度比空氣大。熱的二氧化碳的密度比空氣密度小。最后結(jié)合濃煙向上走的推斷，得出火災(zāi)時(shí)要匍匐前進(jìn)的結(jié)論，真正做到了學(xué)以致用。

接著對(duì)知識(shí)進(jìn)行延伸：播放“死狗洞”視頻，提問：為什么狗死了，人沒事？充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，提高了利用所學(xué)知識(shí)對(duì)具體的情境進(jìn)行分析的能力，也對(duì)知識(shí)進(jìn)行了鞏固。同時(shí)也進(jìn)一步思考二氧化碳的密度與溫度的關(guān)系，引發(fā)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、條件相互關(guān)系的哲學(xué)思考等。

為考查學(xué)生對(duì)二氧化碳具體性質(zhì)與用途的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)PPT，左側(cè)為用途，右側(cè)為性質(zhì)，請(qǐng)學(xué)生先對(duì)性質(zhì)進(jìn)行歸類（物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)），再將用途與對(duì)應(yīng)的性質(zhì)連線。

在教會(huì)學(xué)生知識(shí)的同時(shí)，力求教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，授之以漁。將學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的方法與學(xué)生交流，并展示到大屏幕上。最后與大家分享，由溫室效應(yīng)的例子和科學(xué)家對(duì)二氧化碳的研究，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：二氧化碳有利也有弊，要辯證地看問題，再一次引發(fā)哲學(xué)思考。

【同屏功能使用分析】在教師演示干冰放到水里的實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用同屏技術(shù)將影像同步到大屏幕上，確保所有同學(xué)都能看得清楚。在學(xué)生小組合作進(jìn)行高低蠟燭誰(shuí)先滅實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師及時(shí)拍攝學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)存在的問題以及實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，方便糾正和交流用。在用途與性質(zhì)連線時(shí)，請(qǐng)學(xué)生直接在平板上連線，同步顯示到大屏幕上，及時(shí)交流反饋。

（四）學(xué)能監(jiān)測(cè)

學(xué)習(xí)能力（學(xué)能）是一種迅速掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容并持久保存的能力。學(xué)能監(jiān)測(cè)是對(duì)學(xué)習(xí)能力的監(jiān)管和檢測(cè)，可以檢查每一個(gè)學(xué)生對(duì)每一個(gè)問題的學(xué)習(xí)效度。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)置問題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行“紙筆測(cè)驗(yàn)”，這里的紙筆測(cè)驗(yàn)非傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn)，而是依靠數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，在平板中完成，并實(shí)時(shí)反饋結(jié)果。檢測(cè)教學(xué)效果的同時(shí)監(jiān)控每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，記錄到成長(zhǎng)檔案袋中，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的發(fā)展。學(xué)生可以登錄平臺(tái)反復(fù)看自己的答題情況，查看每一道題的詳細(xì)解析，如果必要可將題目收藏。通過查看解析，再對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并做一道相同知識(shí)點(diǎn)的智能推送題，檢驗(yàn)是否掌握該知識(shí)點(diǎn)（見圖4）。

（五）反思評(píng)價(jià)

學(xué)會(huì)反思評(píng)價(jià)是感受成功享受成長(zhǎng)的重要要素。通過對(duì)教學(xué)活動(dòng)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)學(xué)生潛在的問題，并進(jìn)行反思預(yù)測(cè)。通過學(xué)習(xí)分析，移動(dòng)學(xué)習(xí)，激趣增智，創(chuàng)生智慧！

【反思】

1.聯(lián)系二氧化碳的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，如何理解“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)——用途”之間的關(guān)系？

2.如何利用“建?！彼枷脒M(jìn)行科學(xué)研究？舉例說明。

3.進(jìn)一步思考二氧化碳的“功與過”，如何利用二氧化碳造福人類？

【評(píng)價(jià)】

利用實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，學(xué)生監(jiān)測(cè)情況能及時(shí)地通過“云平臺(tái)”進(jìn)行匯總處理和系統(tǒng)后臺(tái)存儲(chǔ)智能分析，形成形象直觀的數(shù)據(jù)報(bào)表（見圖5），幫助教師及時(shí)了解每個(gè)學(xué)生的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)狀況和課堂教學(xué)的達(dá)成度。

（六）拓展提高

學(xué)生的學(xué)能有差異，學(xué)習(xí)要充分考慮教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，也要充分考慮學(xué)生個(gè)體之間的差異性。根據(jù)學(xué)能監(jiān)測(cè)結(jié)果所體現(xiàn)的個(gè)性差異，決定其是否要進(jìn)行拓展提高或者選擇性地布置課外彈性分層作業(yè)。

（1）跟爸媽一起觀看“干冰造霧”實(shí)驗(yàn)視頻，向爸媽解釋這種現(xiàn)象的原因。

（2）觀看老師自制的“神奇的塑料瓶”實(shí)驗(yàn)視頻，試著分析塑料瓶里的液體是什么，過程中發(fā)生了哪些物態(tài)變化，并總結(jié)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意什么。

（3）畫二氧化碳用途的思維導(dǎo)圖。在線查閱“溫室效應(yīng)”，做“低碳生活”的宣傳活動(dòng)。

三個(gè)問題分別推送給學(xué)能監(jiān)測(cè)正確率為60%及以下的、60%到80%的、80%及以上的同學(xué)，做到智能化分層作業(yè)。

三、數(shù)字化教學(xué)的成效與思考

無線同屏技術(shù)硬件設(shè)備投入較小，可在學(xué)校內(nèi)鋪開使用。該技術(shù)的合理使用，有效地提高課堂效率，幫助教師在既定時(shí)間內(nèi)較好地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)；同時(shí)，促進(jìn)了師生、生生之間的交流，利于及時(shí)地反饋。再次，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。無線網(wǎng)絡(luò)條件較好的學(xué)校，可以建立基于數(shù)字化教學(xué)案的智慧課堂互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)關(guān)注每個(gè)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。數(shù)字化報(bào)表及時(shí)反饋了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)其情況進(jìn)行解題指導(dǎo)，智能推送針對(duì)性的習(xí)題，鞏固知識(shí)。減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)，教與學(xué)更加地精準(zhǔn)和有效。多年的實(shí)踐證明，課堂呈現(xiàn)新景象，線上線下個(gè)性互動(dòng)成為主旋律，教學(xué)反饋更及時(shí)高效，作業(yè)大變臉，讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)，手握大數(shù)據(jù)，教育教學(xué)更科學(xué)高效。今后重點(diǎn)在針對(duì)每一個(gè)學(xué)生的思維障礙智能推送個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，通過智能平板直接上傳學(xué)生作業(yè)方面作升級(jí)研究，提高智能化教學(xué)促個(gè)性化學(xué)習(xí)水平，同時(shí)在學(xué)生非智力因素測(cè)評(píng)、綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)方面再做進(jìn)一步研究與實(shí)踐，為建設(shè)智慧學(xué)校、發(fā)展智慧教育做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王盛之，毛沛勇.基于數(shù)字化教學(xué)案的智慧課堂互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)踐研究[J].教學(xué)月刊（教學(xué)管理），2014（4）：51-55.

[2]王盛之.智慧教師與智慧課堂[M].上海：上海教育出版社，2017：113-114.