基于智慧課堂的教學設計
——以“鐵及其重要化合物”為例

徐 偉 吳東旭 鹿鈺鋒

(1.合肥工業(yè)大學附屬中學 安徽合肥 230009)(2.合肥師范學院化學與化學工程學院 安徽合肥 230601)

云計算、大數(shù)據(jù)、AI等信息技術的加速發(fā)展和推廣應用，以及智慧課堂的硬件建設的飛速發(fā)展，使教育進入了智能化時代。智慧課堂基于大數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)師生信息交換，建構了智能化的學習環(huán)境，實現(xiàn)了課內(nèi)與課外、線上與線下、虛擬與現(xiàn)實的統(tǒng)一，實現(xiàn)了全時空的教學，推動了智慧教學模式的創(chuàng)新，實現(xiàn)了因材施教和個性化學習，促進學生不斷發(fā)展。智慧課堂是以建構主義、人本主義等學習理論為指導，以學生活動為載體，以數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析為支撐，以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)為宗旨的高效課堂。

一、智慧課堂教學設計的理論基礎

建構主義、人本主義等學習理論是建構智慧課堂教學設計的理論基礎。智慧課堂的教學是以學生為中心的教學，教師應關注學生素養(yǎng)的提升，培養(yǎng)全面發(fā)展的人。智慧課堂學習環(huán)境下，學生的學習基于確定的情境，借助教師和同學的幫助，通過建構的方式獲得知識，進而發(fā)展能力。學習不再是以個人為主體的過程，而是在智能環(huán)境下聯(lián)通學生與信息源的活動，也就是利用新型的信息技術中介，在環(huán)境的聯(lián)結中學習。在這些理論的指導下進行智慧課堂的教學設計，能準確把握情境創(chuàng)設、教學數(shù)據(jù)的采集與處理、學習過程的評價與反饋、課堂的教學互動和課后的個性化輔導等關鍵要素，落實“以學生為中心”的核心思想，從而加強學生的主體地位，激發(fā)學生的學習興趣和動機，促進學生積極參與課堂學習、主動進行知識建構。

二、智慧課堂的教學設計

在傳統(tǒng)的課堂教學設計中，教與學往往是相對獨立的，其之間的聯(lián)系與反饋方式比較簡單，難以全面深入地進行交流與互動。而在智慧課堂中，由于技術的運用，使得教與學的要素與流程發(fā)生了重大變化，教與學互動、協(xié)作，相互融合為一體。

智慧課堂是全時空的教學，所以智慧課堂的教學設計分為三個時段，即課前段、課中段和課后段。

課前段的教學設計主要圍繞基礎知識的學習和學情分析。教師根據(jù)課標和學情設計學生的預習內(nèi)容，以微課、課件和進階練習的形式發(fā)布至智慧教學平臺上。學生在課前自主學習平臺推送的學習材料，完成預習任務，實現(xiàn)先導學習和自主學習。教師從智慧課堂平臺收集學生預習反饋的問題，進行二次備課。

課中段的教學設計圍繞情境創(chuàng)設和課堂探究。教師先通過創(chuàng)設基于真實生活的情境，引導學生進入新課內(nèi)容的學習；然后圍繞學生的問題組織學生互動研討或?qū)嶒炋骄?，再進行知識的總結和展示；最后進行或者練習應用。

課后段的教學設計圍繞知識的鞏固和個性化的輔導。教師通過設計有一定梯度和難度的練習，幫助學生鞏固，最后師生一起完成知識的總結。

智慧課堂平臺在線上學習中主要發(fā)揮監(jiān)督、推送、記錄、反饋、分析、個性輔導等作用。智慧課堂教學設計如圖1和圖2所示。

圖1 智慧課堂教學活動設計圖

圖2 智慧課堂教學設計圖

三、基于智慧課堂的“鐵及其重要化合物”教學設計

基于以上的設計思路，研究從基于智慧課堂的角度來重構教學設計，其相關內(nèi)容呈現(xiàn)如下。

(一)課程標準及教學目標

學科核心素養(yǎng)教學目標對應的素養(yǎng)A宏觀辨識與微觀探析B變化觀念與平衡思想C證據(jù)推理與模型認知D科學探究與創(chuàng)新意識E科學精神與社會責任結合真實情境下的應用或者是實驗探究,了解鐵及其重要化合物(氧化物、氫氧化物、亞鐵鹽、鐵鹽)的主要性質(zhì),了解其在生產(chǎn)、生活中的應用和對人類社會發(fā)展的影響。A、E能從實驗現(xiàn)象(宏觀)的變化(微觀)和化學方程式(符號)等方面建立對化學反應的多重表征,初步建立對鐵、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、亞鐵鹽和鐵鹽性質(zhì)等事實的宏觀認知和微觀探析以及符號表征,提升學生的知識表征水平。A、C通過實驗探究鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、亞鐵鹽以及鐵鹽等物質(zhì)的性質(zhì),實現(xiàn)物質(zhì)間的相互轉化,引導并發(fā)展學生實驗探究的水平。A、B、D通過探究過程的設計、展示和評價,實現(xiàn)學生的證據(jù)推理和模型認知水平的發(fā)展,培養(yǎng)學生的批判性思維能力。C、D

(二)教學過程

1.課前段

學生通過智慧課堂推送的自主學習任務單和學習資料進行自主學習。學習任務包括：(1)不同鐵的氧化物的俗稱、性質(zhì)與用途；(2)氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的制備；(3)Fe的檢驗；(4)進階練習。學生通過自主學習完成知識的內(nèi)化。

教師活動：

(1)教師將相關學習內(nèi)容上傳到學校智慧課堂平臺，并將預習任務和要求布置給學生。

(2)回收并檢查學習任務單的完成情況，分析進階練習的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)反饋來進行二次備課。

學生活動：

依據(jù)智慧課堂平臺推送的學習資料自主學習，完成學習任務單上的任務。

(1)對于有疑惑的或者沒有弄懂的問題，在平臺答疑區(qū)進行討論或反饋給老師。

(2)完成進階練習中的練習。

設計意圖：課前讓學生自主預習平臺上的學習資料，然后進行進階練習，并提出學習中的疑問等，旨在提升學生獨立自主獲取關鍵信息和總結問題的能力。

2.課中段

課中段教學分為三個環(huán)節(jié)：(1)交流討論，釋疑解惑；(2)發(fā)現(xiàn)問題，開展探究；(3)創(chuàng)設情境，學以致用。

環(huán)節(jié)一：交流討論，釋疑解惑。

學生首先在學習小組中提出自己在課前預習時的疑惑，然后小組內(nèi)討論解決；沒有解決的問題由小組統(tǒng)一提出，全班交流討論，最后教師進行答疑。在小組討論時，教師要主動巡查并參與其中，對小組的討論進行引導，記錄小組討論較多的問題，并進行答疑。以下為小組討論較多的問題：(1)為什么制取的Fe(OH)往往不純凈？(2)怎樣才能制得較純凈的Fe(OH)？(3)哪些因素導致制備的Fe(OH)不純凈？

設計意圖：學習成效金字塔理論指出，將教學中的答疑環(huán)節(jié)設計為學生討論的方式，其比教師講解的方式效果更好。在交流討論環(huán)節(jié)，貫徹建構主義理念，讓學生在合作中解決問題，感受自主學習和合作學習帶來的成就感。其不僅可以提高學生語言表達能力和分析解決問題的能力，還可以增進生生之間、師生之間的感情。

環(huán)節(jié)二：發(fā)現(xiàn)問題，實驗探究——探究什么物質(zhì)把Fe(OH)氧化成Fe(OH)

圖3 實驗裝置

引導學生發(fā)現(xiàn)在制備Fe(OH)的實驗過程中，試管中有少量的紅褐色沉淀生成，也就是Fe(OH)被氧化成Fe(OH)。對此現(xiàn)象提出假設：(1)可能是溶液中溶解的O氧化的；(2)可能是容器中的O氧化的。

學生設計實驗方案并討論，教師注意引導學生利用氧氣傳感器測定實驗過程中O含量的變化，同時向?qū)W生介紹氧氣傳感器、三頸瓶等實驗裝置(如圖3 實驗裝置)。

學生通過觀察發(fā)現(xiàn)有大量灰綠色沉淀生成，記錄溶解氧傳感器和氧氣傳感器測出的氧化含量得出曲線圖,進而得出結論。通過圖像發(fā)現(xiàn)，在三頸燒瓶中氧氣和溶解氧的含量同步不斷減少，這說明空氣中的氧氣溶解在溶液中，溶液中的氧氣直接參加反應，從而導致二者含量不斷減少。實驗結果表明，實驗過程中發(fā)生了氧化反應。

圖4 溶解氧變化曲線 圖5 瓶內(nèi)氣體中氧氣含量變化曲線

設計意圖：引導學生依據(jù)實驗現(xiàn)象進行合理的假設，并設計實驗進行探究，提升學生的核心素養(yǎng)；同時實驗探究中的數(shù)字化實驗實現(xiàn)了將溶液中和容器中的氧氣濃度的變化實時地呈現(xiàn)，促進了學生從定性實驗到定量實驗的認識升級，也促進學生從定量的角度理解反應的本質(zhì)，實現(xiàn)了化學學習從三重表征到四重表征的升級。

環(huán)節(jié)三：創(chuàng)設情境，學以致用——運用氧化還原知識解決實際問題

教師展示“維生素C和Fe搭檔效果會更好”的視頻，引導學生產(chǎn)生“為何二者一起使用效果會更好”的問題。在問題的引領下指導學生閱讀學習相關藥品的說明書，組織學生分析討論，最后教師進行知識總結。

設計意圖：創(chuàng)設基于真實生活的情境，讓化學知識從教材走到現(xiàn)實生活中。這樣學生不僅學習了知識，而且還能夠使用它們。同時加深學生對Fe性質(zhì)的認識，使其初步具備辯證的科學態(tài)度。交流討論中，學生從化學的角度來認識生活，提高了學生對化學學習的興趣，增強了學生學習化學的動力。

3.課后段：知識總結 練習鞏固。

學生利用智慧平臺進行練習鞏固，并針對錯誤題目在平臺上展開討論。平臺根據(jù)學生答題的情況，個性化推送練習講解和類似練習，進行個性化輔導。

設計意圖：學生在線練習，既能檢測知識的掌握情況，還能查漏補缺，做到快速實時地評價和改正。信息技術的全方位高效應用，提供了科學的、高效的測試和評價手段，極大地提高了教學的效率和質(zhì)量。

四、教學特色與反思

課前段利用智慧課堂推送學習任務和學習資料讓學生自主學習，有利于培養(yǎng)學生的問題思維和自主學習能力。學生在自主完成學習任務的過程中思考并提出問題，教師通過平臺進行信息獲取和分析，然后精準地在課中進行討論交流、講解和答疑，從而提高教學效率。

課中段通過智慧課堂及時清晰地將學生的學習、交流討論的情況反饋給教師，使教師更準確地進行內(nèi)容等的調(diào)整，使教學目標更具體化和可操作化。

課后段，智慧課堂將學生的練習情況及時總結并反饋給教師，教師利用平臺進行個性化的輔導與作業(yè)的推送，使得教學更具有針對性和個性化。

在三個階段的教學中，知識的掌握、理解由學生在課前段的自主學習中完成；知識的分析、應用等需要通過教師的幫助在課中段完成；而課后段的鞏固和個性化作業(yè)推送又確保了因材施教。

智慧課堂教學模式更能體現(xiàn)以學生為中心。在探究過程中，學生發(fā)現(xiàn)并且能夠真正自主地解決問題，最大程度上體現(xiàn)了科學研究的一般方法，是一種非常符合化學核心素養(yǎng)要求的教學方式。

智慧課堂教學模式有利于學生高階思維的發(fā)展，其還是改變傳統(tǒng)師生關系、聯(lián)結線上線下教學、開展各種活動等的有效途徑之一，實現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂向新型課堂的轉型。