基于信息技術(shù)的化學(xué)類課程課堂變革的探索與實(shí)踐

(天津市第一輕工業(yè)學(xué)校，天津 300131)

教育信息化是教育現(xiàn)代化的主要標(biāo)志，是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用正在改變著中職教育傳統(tǒng)的教學(xué)模式，對教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)策略和學(xué)習(xí)方式的變革起著促進(jìn)的作用。

教師肩負(fù)實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的重任，因此現(xiàn)代化的教師應(yīng)具備熟練運(yùn)用先進(jìn)的信息化教學(xué)環(huán)境和教育教學(xué)手段的能力，能夠從教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)技術(shù)上與現(xiàn)代化的教育教學(xué)改革方向一致，要打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限，創(chuàng)設(shè)信息化教學(xué)課堂，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和互動(dòng)性以及在實(shí)踐中的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。

然而在推進(jìn)信息化教學(xué)的過程中，教師碰到了諸多難題，突出表現(xiàn)在：一、專業(yè)教師對信息技術(shù)、教學(xué)軟件了解甚少，操作不熟練，出現(xiàn)“有想法，難實(shí)現(xiàn)”的局面，課堂教學(xué)模式難以更新；二、教師在探索和應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度、有效融合方面缺少經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)重難點(diǎn)難以突破。

為解決上述問題，筆者依托校內(nèi)精細(xì)化工、工業(yè)分析與檢驗(yàn)、食品生物工藝等專業(yè)，以化學(xué)類課程為基礎(chǔ)，借助信息技術(shù)與信息資源，進(jìn)行課堂教學(xué)變革的探索與實(shí)踐，為培養(yǎng)兼具一定信息化能力的合格的技術(shù)技能型人才提供了新的教育模式。

1 研究思路

通過更新教育理念、搭建校內(nèi)信息化平臺(tái)、加強(qiáng)開展各種類型的信息技術(shù)培訓(xùn)、參加信息項(xiàng)目建設(shè)、開發(fā)信息化教學(xué)資源、制作電子課件和精品電子教案、建設(shè)課程網(wǎng)站、積極參加校內(nèi)、天津市及全國職業(yè)院校信息化教學(xué)比賽等諸多舉措，提升教師的信息化水平，創(chuàng)建數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，形成學(xué)生多元評價(jià)系統(tǒng)，解決大班教學(xué)瓶頸，以此推進(jìn)中職學(xué)校課程課堂的變革，使之成為日常教學(xué)的新常態(tài)。

2 實(shí)施途徑

基于課堂教學(xué)實(shí)際，以創(chuàng)新課堂模式為目的，在生物化學(xué)、啤酒生產(chǎn)技術(shù)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)等課程的教學(xué)過程中探索信息技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用，具體實(shí)施如下。

2.1 教師信息素養(yǎng)的提升

學(xué)校于2012～2016年積極開展校園數(shù)字化及課堂教學(xué)信息化的建設(shè)，針對教師展開了各類培訓(xùn)，例如教學(xué)平臺(tái)使用、課程資源上傳與制作、電子白板使用、以及聆聽職教專家關(guān)于微課制作與應(yīng)用的系列培訓(xùn)等，提升了教師利用信息化手段進(jìn)行教育教學(xué)的能力，為夯實(shí)教師的信息化教學(xué)水平打下了基礎(chǔ)。

2.1.1 課程資源建設(shè)培訓(xùn)

積極開展有關(guān)課程制作軟件和課程共建共享的培訓(xùn)。2014～2015年對全體教師多次開展試題庫建設(shè)、課件資源系統(tǒng)建設(shè)和課程資源平臺(tái)使用的培訓(xùn)，共計(jì)完成1080個(gè)試題的錄入，共完成包括生物化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等在內(nèi)的103個(gè)課程資源的共享

2.1.2 電子白板的使用培訓(xùn)

交互式電子白板操作簡單直觀、豐富教學(xué)互動(dòng)并且可以記錄教學(xué)過程，2015年學(xué)校為每個(gè)教室引入電子白板，并為此組織教師進(jìn)行電子白板的普及性培訓(xùn)及高級應(yīng)用培訓(xùn)。將交互式電子白板融入教學(xué)設(shè)計(jì)之后，提高了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，良好的進(jìn)行師生互動(dòng)，自主的應(yīng)用教學(xué)課件，讓教師體驗(yàn)一種全新的課堂教學(xué)方式。

2.2 課堂教學(xué)變革的探索與實(shí)踐

2.2.1 信息化資源在課程建設(shè)中的有效應(yīng)用

從2011年開始，借助信息化資源和技術(shù)著手開發(fā)化學(xué)類課程的課件制作，上傳至教學(xué)網(wǎng)站、空間、教學(xué)資源平臺(tái)進(jìn)行校內(nèi)師生的資源共享。信息資源與技術(shù)的有效運(yùn)用，為教學(xué)課堂注入新的活力，課堂教學(xué)變革有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。

2.2.1.1 圖片、視頻、Flash等信息資源的應(yīng)用

圖片、視頻、Flash是具聲音和畫面為一體的信息資源，其動(dòng)靜相結(jié)合的特點(diǎn)打破了傳統(tǒng)課堂中教具單一的弊端，增加了學(xué)生課堂的活躍氣氛和趣味，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)作的靈感，教學(xué)質(zhì)量大有改觀，信息化教學(xué)初具成果。

例如“生物化學(xué)”蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)這一任務(wù)單元中，涉及蛋白質(zhì)一級到三級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是組成蛋白質(zhì)的氨基酸鏈在三維空間的盤繞折疊，學(xué)生因三維空間想象力不足，不能完全理解這一知識(shí)點(diǎn)，于是我們借助如下圖片信息，讓蛋白質(zhì)的一級到三級結(jié)構(gòu)逐層展現(xiàn)在學(xué)生面前，解決了生物大分子微觀結(jié)構(gòu)看不見、摸不著，學(xué)生理解不夠深刻的問題，突出了教學(xué)重點(diǎn)。

分析化學(xué)自來水硬度測定任務(wù)中，鉻黑T 的變色原理是教學(xué)難點(diǎn)，通過二維動(dòng)畫演示，學(xué)生可以直觀看到滴定前、滴定中和滴定終點(diǎn)時(shí)的微觀分子變化過程，理解鉻黑T的變色原理，輔助了教學(xué)難點(diǎn)的突破。

2.2.1.2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

借助仿真技術(shù)，學(xué)生可以探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析及處理，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用降低了實(shí)習(xí)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、減少了因操作不當(dāng)引起的實(shí)訓(xùn)材料的浪費(fèi)。

“啤酒生產(chǎn)技術(shù)”這門課程中，任務(wù)1-3是介紹啤酒生產(chǎn)工藝流程，為了能讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)了解啤酒生產(chǎn)的工作環(huán)境。課前，先讓學(xué)生觀看啤酒生產(chǎn)的虛擬仿真操作室。每一個(gè)虛擬場景，不僅加深學(xué)生對工作環(huán)境的認(rèn)識(shí)，而且還提示了安全生產(chǎn)問題，虛擬場景的漫游，不僅提升了學(xué)生的形象思維能力，同時(shí)也樹立了安全意識(shí)，提升了職業(yè)素養(yǎng)。另外，對啤酒生產(chǎn)從制麥、糊化、過濾、煮沸等過程采用虛擬仿真情境下的模擬體驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀的了解啤酒生產(chǎn)工藝，累積啤酒生產(chǎn)眾多參數(shù)指標(biāo)設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，大大節(jié)省了因操作不熟練而耗費(fèi)的實(shí)訓(xùn)材料，通過反復(fù)練習(xí)，強(qiáng)化教學(xué)重點(diǎn)。

圖1 啤酒生產(chǎn)虛擬仿真操作室及操作系統(tǒng)界面

2.2.1.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，簡稱AR)，是一種將真實(shí)世界的信息和虛擬世界的信息“無縫”集成并進(jìn)行互動(dòng)的技術(shù)。將AR系統(tǒng)應(yīng)用到化學(xué)類課程中，有效解決了有機(jī)化合物及高分子化合物空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以描述，學(xué)生空間立體感不強(qiáng)，難以理解等教學(xué)難題。

《有機(jī)化學(xué)》蛋白質(zhì)變性這一實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，蛋白質(zhì)變性的原理是教學(xué)的重點(diǎn)，變性后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)從三級變到一級，這是一個(gè)不可逆的化學(xué)變化過程，為輔助學(xué)生理解這一難點(diǎn)，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性、互動(dòng)性，我們借助AR技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的圖片與虛擬世界中蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行“無縫”鏈接，讓學(xué)生借助手機(jī)對圖片信息進(jìn)行掃描，觀看并“觸摸”蛋白質(zhì)變性前后三維空間結(jié)構(gòu)的變化，深入理解蛋白質(zhì)變性的原理。AR技術(shù)的引入，吸引學(xué)生全面參與到課堂活動(dòng)中來，讓學(xué)生用眼看、用腦想、動(dòng)手觸摸旋轉(zhuǎn)，通過全新互動(dòng)體驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)多元化教育，突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

相比圖片、視頻、動(dòng)畫等信息技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入課堂，讓信息化教學(xué)有了質(zhì)的飛越。

圖2 圖片信息與AR技術(shù)效果比較

2.2.2 電子白板的應(yīng)用

電子白板操作簡單直觀、豐富教學(xué)互動(dòng)并且記錄教學(xué)過程，因此很多老師都有意愿把電子白板融入自己的教學(xué)設(shè)計(jì)中，特別是白板對動(dòng)畫、視頻的手動(dòng)操作以及隨時(shí)暫?？刂婆c標(biāo)注，讓教師對信息技術(shù)與課堂教學(xué)的融合更加流暢自如。

蛋白質(zhì)變性的條件多而易混，而我們的實(shí)訓(xùn)室又不具備將變性因素一一驗(yàn)證的條件，所以我們利用電子白板與模擬演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，節(jié)約實(shí)驗(yàn)原料成本，同時(shí)也確保了有機(jī)化學(xué)課堂的綠色環(huán)保、安全可控。

2.2.3 教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用

從2011年至今，我校信息化教學(xué)資源的共享平臺(tái)經(jīng)歷了由課程網(wǎng)站到課程資源平臺(tái)再到教學(xué)平臺(tái)及手機(jī)端APP的階段性變化。通過教學(xué)平臺(tái)與電子白板、學(xué)習(xí)軟件等的組合應(yīng)用，教師逐步將信息技術(shù)運(yùn)用到課前、課中和課后的教與學(xué)，積極開展“課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)、課后拓展”的混合式教學(xué)活動(dòng)，使各種資源、各個(gè)要素和學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)有機(jī)整合，創(chuàng)新學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造生動(dòng)、互動(dòng)、主動(dòng)的教學(xué)課堂。

而教學(xué)平臺(tái)手機(jī)端APP的開發(fā)與使用，拓展了學(xué)生借助信息化工具學(xué)習(xí)的空間與時(shí)間，學(xué)習(xí)過程的便捷化促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)師生共同成長，推動(dòng)教與學(xué)的共同變革。

《有機(jī)化學(xué)》是學(xué)校開展混合式教學(xué)的試點(diǎn)課程，借助教學(xué)平臺(tái)線上、線下混合式學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間與空間。平臺(tái)根據(jù)學(xué)生下載和點(diǎn)擊觀看視頻的頻率，自動(dòng)輸出成績統(tǒng)計(jì)報(bào)告，便于教師管理與教學(xué)調(diào)整。

圖3 教學(xué)平臺(tái)課程網(wǎng)站與成績管理

課前，教師利用教學(xué)平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)通知，學(xué)生接到通知后，登錄教學(xué)平臺(tái)或者手機(jī)端APP進(jìn)行教學(xué)資料的下載及閱讀，以此培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、專業(yè)思考的能力。學(xué)生根據(jù)要求完成預(yù)習(xí)報(bào)告同時(shí)將其上傳至學(xué)習(xí)空間等待教師批閱，教師根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告，給出成績，同時(shí)根據(jù)預(yù)習(xí)反饋對教學(xué)方案進(jìn)行微調(diào)。

課上，利用教學(xué)平臺(tái)手機(jī)端APP的點(diǎn)名簽到、課上隨機(jī)選人、搶答等環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化教學(xué)管理，有效的增加了實(shí)際教學(xué)時(shí)間，同時(shí)活躍課堂氛圍。利用平臺(tái)對學(xué)生課上使用手機(jī)進(jìn)行約束管理，讓學(xué)生的注意力迅速轉(zhuǎn)移到課堂，并對課堂保持高度的專注力，對激發(fā)學(xué)生思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性起到了良好的推動(dòng)作用。教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)按照不同權(quán)重對各個(gè)環(huán)節(jié)的成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為教師后續(xù)教學(xué)提供了依據(jù)，同時(shí)解決了大班教學(xué)考核困難的問題，激發(fā)了老師教學(xué)的積極性。

課后，學(xué)生利用課余時(shí)間完成單元測試，系統(tǒng)根據(jù)題庫答案自動(dòng)給出測試成績。學(xué)生如有疑問，可以通過在線課堂或者論壇發(fā)帖的形式與老師溝通，以此來提高學(xué)生查閱資料與信息整理的能力，從而鞏固課堂學(xué)習(xí)成果。

2.3 教學(xué)評價(jià)模式的轉(zhuǎn)變與提升

2.3.1 學(xué)生考核評價(jià)模式的提升

教學(xué)平臺(tái)的監(jiān)測使得教師對學(xué)生評價(jià)方式更加多元化，除了考試成績之外，學(xué)生的課堂表現(xiàn)和學(xué)習(xí)態(tài)度等也可以通過課程平臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析形成量化評分，過程性評價(jià)與結(jié)果性評價(jià)的結(jié)合，注重了學(xué)生的成長過程，更好的起到激勵(lì)學(xué)生的作用。

學(xué)生通過考核評價(jià)及時(shí)優(yōu)化學(xué)習(xí)方案，以此提升學(xué)習(xí)動(dòng)力與專業(yè)素養(yǎng)，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的信息化教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新。

2.3.2 課堂教學(xué)評價(jià)模式的提升

大班教學(xué)組織、評價(jià)困難，成績統(tǒng)計(jì)具有一定的延時(shí)性。而信息技術(shù)為課堂教學(xué)改革提供了科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支撐，教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)可以對學(xué)生日常學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)和考試的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果全面、客觀、及時(shí)、有效。教師通過課程平臺(tái)監(jiān)測課堂教學(xué)狀態(tài)，對課程質(zhì)控點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行預(yù)警，對課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)最終的課程目標(biāo)，以此提高教師對課堂的把控能力和應(yīng)對能力。教師對課堂教學(xué)及時(shí)應(yīng)對，應(yīng)對的結(jié)果又作用于課堂，教學(xué)評價(jià)不斷改進(jìn)，構(gòu)成課堂教學(xué)的螺旋上升，提高了課堂教學(xué)效果，課堂教學(xué)評價(jià)模式得到了提升。

通過近九年的信息化教學(xué)模式的探索與實(shí)踐，逐步形成了大數(shù)據(jù)支撐的多元評價(jià)體系，教學(xué)評價(jià)模式的轉(zhuǎn)變與提升，破解了大班教學(xué)的瓶頸。

3 課堂教學(xué)變革的成果

3.1 學(xué)生能力的提升

信息化教學(xué)提高了學(xué)生的課堂參與度，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生由“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下，通過自主探究式的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了信息化技術(shù)運(yùn)用水平與專業(yè)素養(yǎng)的一并提升。通過對工業(yè)分析16-1班全體同學(xué)的調(diào)查分析表明：超過97%的學(xué)生對信息化課程表示滿意，并且掌握了教學(xué)的重難點(diǎn)，達(dá)到了信息化課堂變革的預(yù)期效果。

圖4 課堂教學(xué)反饋情況統(tǒng)計(jì)

3.2 教師能力的提升

將信息化教學(xué)實(shí)踐、信息技術(shù)培訓(xùn)和信息化教學(xué)比賽有機(jī)結(jié)合起來，三方互推互進(jìn)，在探索中實(shí)踐，在實(shí)踐中提升。信息化教學(xué)課堂的典型案例在天津市及全國職業(yè)院校信息化大賽中多次獲獎(jiǎng)，王艷芬和王麗老師分別于2011、2012及2014年參加全國信息化比賽，獲得兩個(gè)二等獎(jiǎng)和一個(gè)三等獎(jiǎng)的成績，每次比賽結(jié)束后都會(huì)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成典型案例，并在課堂教學(xué)中不斷實(shí)踐，累積課堂教學(xué)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，借助信息技術(shù)的發(fā)展，不斷改進(jìn)提升課堂教學(xué)模式。2017年11月，兩位老師再次參加全國職業(yè)院校信息化大賽，獲得了一等獎(jiǎng)的成績，實(shí)現(xiàn)了教師個(gè)人的螺旋式成長,從而也提升了教師進(jìn)行信息化課堂教學(xué)變革的決心和信心。

表1 天津市及全國職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽獲獎(jiǎng)情況列表

4 研究成果的應(yīng)用與推廣

4.1 教學(xué)資源共建共享，提升師資隊(duì)伍信息化水平

通過學(xué)校課件資源平臺(tái)，將校內(nèi)的教學(xué)資源共享在平臺(tái)上，在學(xué)校內(nèi)搭建了共同學(xué)習(xí)的平臺(tái)，教師群策群力，精誠合作，優(yōu)質(zhì)資源共建共享，有效提升了學(xué)校師資隊(duì)伍的信息化運(yùn)用能力。

4.2 創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，促進(jìn)教學(xué)管理模式轉(zhuǎn)變

在精細(xì)化工、工業(yè)分析與檢驗(yàn)以及食品生物工藝專業(yè)開展課程資源平臺(tái)使用的試點(diǎn)工作，教師制作課程資源并上傳至平臺(tái)，學(xué)生通過平臺(tái)學(xué)習(xí)、完成作業(yè)和考試。實(shí)現(xiàn)結(jié)果性考核與過程性相結(jié)合的評價(jià)模式。教師不再填寫紙質(zhì)教學(xué)日志，而是通過教學(xué)管理系統(tǒng)錄入教學(xué)日志，平臺(tái)自動(dòng)給出匯總、統(tǒng)計(jì)和分析，更科學(xué)的監(jiān)測課堂狀態(tài)。

4.3 分享課堂改革成果，助推全校課堂教學(xué)改革

王麗和王艷芬老師多次將參賽經(jīng)驗(yàn)與技巧對全校教師進(jìn)行分享，為校內(nèi)教師提供了可參考的信息化教學(xué)的典型案例，引領(lǐng)了全校教師信息化素養(yǎng)的提升，推進(jìn)了學(xué)校信息化建設(shè)的進(jìn)程。2017年3月和5月，兩位老師分別在天津經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)校和遼陽技師學(xué)院擔(dān)任信息化大賽培訓(xùn)專家，與各校骨干教師分享信息化教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，信息化課堂教學(xué)改革成果得到了進(jìn)一步的鞏固和深化。