基于設(shè)計(jì)思維的自適應(yīng)賦能化學(xué)探究教學(xué)模式構(gòu)建研究

楊笑 占小紅

摘要： 從創(chuàng)新思維培養(yǎng)的目標(biāo)出發(fā)，將設(shè)計(jì)思維引入化學(xué)探究教學(xué)，借助經(jīng)典DEIPT模型重構(gòu)化學(xué)探究教學(xué)活動流程。同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)思維實(shí)施對教學(xué)空間的要求，介紹了智能時(shí)代背景下自適應(yīng)技術(shù)的功能、適配性與應(yīng)用現(xiàn)狀，以該技術(shù)為支持開發(fā)了基于設(shè)計(jì)思維的自適應(yīng)賦能化學(xué)探究教學(xué)模式。以選擇性必修課程“原電池”內(nèi)容為主題設(shè)計(jì)了“設(shè)計(jì)最佳的原電池”探究教學(xué)案例，對該模式予以說明，并對自適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展作出展望。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)探究教學(xué)； 設(shè)計(jì)思維； 自適應(yīng)學(xué)習(xí)

文章編號： 1005-6629（2023）04-0013-07

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 引言

在當(dāng)前國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的戰(zhàn)略背景下，創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)越來越受到重視。創(chuàng)新思維的培養(yǎng)也成為化學(xué)教學(xué)活動的重要目標(biāo)之一。創(chuàng)新思維是指能形成有創(chuàng)新性和價(jià)值性的思想觀念與理論方法的一種高級的、復(fù)雜的認(rèn)知能力［1］。2017年版化學(xué)課標(biāo)［2］中提出：倡導(dǎo)開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。因此探究活動的本質(zhì)就是在問題發(fā)現(xiàn)及解決過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)踐創(chuàng)新［3］，它是化學(xué)教學(xué)中指向創(chuàng)新思維培養(yǎng)的重要載體。在此背景下，化學(xué)探究活動不斷探索指向該目的改進(jìn)，如引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主動性進(jìn)行探究與解釋，同時(shí)注重全方位的學(xué)生評價(jià)。設(shè)計(jì)思維基于其在促進(jìn)創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面的重要意義也受到關(guān)注［4］。設(shè)計(jì)思維是個(gè)體為解決劣構(gòu)問題，運(yùn)用創(chuàng)新手段進(jìn)行的一系列連續(xù)思考及行動的總和［5］。將設(shè)計(jì)思維融入探究實(shí)踐，基于真實(shí)主題開展以項(xiàng)目為載體的迭代設(shè)計(jì)，使學(xué)生有目的地運(yùn)用創(chuàng)造力，通過多種途徑尋找解決方案并構(gòu)建知識［6］，是化學(xué)學(xué)科培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必然選擇。而設(shè)計(jì)思維活動價(jià)值的發(fā)揮對教學(xué)空間提出了較高的要求，傳統(tǒng)教學(xué)空間的適應(yīng)性與靈活性低，為該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來一定阻礙。智能教育背景下的自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)能夠很好地改善這一困境，使學(xué)習(xí)者在一定程度上依據(jù)自己的興趣、需求和水平，積極主動地選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容［7］，這與個(gè)體創(chuàng)新息息相關(guān)。因此本研究嘗試以自適應(yīng)技術(shù)為賦能工具，在其支持下構(gòu)建基于設(shè)計(jì)思維的化學(xué)探究活動，以“設(shè)計(jì)最佳的原電池”為例說明設(shè)計(jì)要點(diǎn)與流程，并對當(dāng)前自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用作出展望。

2? 設(shè)計(jì)思維融入化學(xué)探究教學(xué)的意義

“設(shè)計(jì)思維”（Design Thinking）是通過為學(xué)習(xí)者提供適當(dāng)?shù)乃季S支架與方法支持，引導(dǎo)其逐步掌握方案構(gòu)思、原型迭代等一系列創(chuàng)新方法技能，最終能夠創(chuàng)造性地解決問題或設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品的方法論與創(chuàng)造過程［8］。

化學(xué)探究活動同樣承載著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性解決問題的能力目標(biāo)。在提出問題與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)施方案［9］等一系列實(shí)踐過程中，學(xué)生獲取證據(jù)并做出科學(xué)解釋，在體驗(yàn)豐富的創(chuàng)造情感的過程中發(fā)展對客觀事實(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋的學(xué)科高級能力。然而從創(chuàng)造性思維這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，化學(xué)探究教學(xué)基于設(shè)計(jì)思維進(jìn)行重構(gòu)存在如下的必要性：

從活動目標(biāo)上，傳統(tǒng)探究活動常關(guān)注學(xué)科知識及可見的探究結(jié)論獲?。ㄍ且阎目茖W(xué)原理等），而設(shè)計(jì)思維過程則以復(fù)雜問題為導(dǎo)向，除學(xué)科及跨學(xué)科知識外，更關(guān)注問題解決中的思維歷程，突出體現(xiàn)在對對象（產(chǎn)品、用戶潛在需求）與方法（產(chǎn)品的價(jià)值實(shí)現(xiàn)過程）兩個(gè)未知點(diǎn)的探索，這正是促使創(chuàng)新發(fā)生的關(guān)鍵所在［10］。

從活動內(nèi)容上，設(shè)計(jì)思維融合了工程設(shè)計(jì)方法、科學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科［11］，其豐富的思維模式能夠?yàn)樘骄炕顒拥膬?nèi)容設(shè)計(jì)提供有力支持，能夠在學(xué)科基礎(chǔ)上拓展探究問題范圍，激發(fā)學(xué)生動機(jī)。

從活動過程上，沒有明確框架指引的探究易流于形式而接近于普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動，學(xué)生主體的探究氛圍難以形成，學(xué)生的綜合素養(yǎng)未得到關(guān)照。設(shè)計(jì)思維支持下的活動往往給予學(xué)生明確的思維策略與工具，使活動過程成為考慮社會需求與問題解決的建構(gòu)過程，包含著“發(fā)散-收斂”思維與產(chǎn)品測試迭代的兩個(gè)主要循環(huán)過程。此外，學(xué)生在共情過程中自己構(gòu)建問題、尋找焦點(diǎn)，而非僅僅處理預(yù)先確定好的問題，能夠發(fā)揮主觀能動性。

綜上，設(shè)計(jì)思維融入后產(chǎn)生了不斷迭代的動態(tài)過程，在支持學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的同時(shí)發(fā)展了跨學(xué)科知識，增強(qiáng)了問題解決能力與社會素養(yǎng)，有利于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”與“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此可以嘗試從二者的共同培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，以設(shè)計(jì)思維為依據(jù)重構(gòu)化學(xué)探究教學(xué)活動，以提供更清晰的活動過程支架，以更豐富的情境將學(xué)生思維的發(fā)散聚合與實(shí)驗(yàn)操作納入過程，更明確地導(dǎo)向培養(yǎng)目標(biāo)并做出全面的評價(jià)。

3? 基于設(shè)計(jì)思維的自適應(yīng)賦能的化學(xué)探究教學(xué)模式構(gòu)建

3.1? 基于設(shè)計(jì)思維的化學(xué)探究教學(xué)模式構(gòu)建

本研究首先以設(shè)計(jì)思維為依托重構(gòu)化學(xué)探究教學(xué)模式，包括活動目的、活動過程及活動評價(jià)三部分。

活動目的上，知識維度從學(xué)科知識擴(kuò)展到跨學(xué)科背景知識，能力維度上創(chuàng)新思維的培養(yǎng)則被單獨(dú)提出。活動過程是培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主要載體，本研究依據(jù)當(dāng)前教育領(lǐng)域最為經(jīng)典與廣泛使用的DEIPT設(shè)計(jì)思維模型，結(jié)合必要的思維工具進(jìn)行重構(gòu)。DEIPT模型是圍繞“共情（Empathize）、定義（Define）、構(gòu)思（Ideate）、原型（Prototype）、測試（Test）”五個(gè)環(huán)節(jié)的迭代過程。其中“共情”是指學(xué)生設(shè)身處地于情境中考慮受眾需求，發(fā)散性思考問題背景及關(guān)聯(lián)知識；“定義”即確定初步方案；“構(gòu)思”是形成最終方案的過程，其結(jié)果是“原型”的產(chǎn)生，隨后通過“測試”不斷修正原型以確定最終產(chǎn)品。重構(gòu)的基礎(chǔ)在于，上述迭代過程能夠滿足科學(xué)探究的一般過程與培養(yǎng)目標(biāo)要求，尤其凸顯了創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。活動評價(jià)亦為活動過程的最后環(huán)節(jié)，由于其相對獨(dú)立性與重要性而被單獨(dú)列出。最終將活動過程劃分為課前準(zhǔn)備、課中迭代及活動評價(jià)三大部分（如圖1）。

3.2? 自適應(yīng)賦能的化學(xué)探究教學(xué)過程

外部教學(xué)環(huán)境對上述重構(gòu)過程能否實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)效能起到重要作用［12］。具體來說，該教學(xué)環(huán)境一方面需提供資源幫助個(gè)體進(jìn)行發(fā)散思維；另一方面需提供引導(dǎo)幫助小組進(jìn)行思維的收斂統(tǒng)一，包括提供實(shí)驗(yàn)材料、可靈活移動的座位；能夠推送資源、記錄參與軌跡、可視化績效分析等幫助過程推進(jìn)和記錄的自動化工具等。這對重構(gòu)模式的外部組織實(shí)施方式提出要求：在物理環(huán)境上，需要為學(xué)生提供能夠滿足探究推進(jìn)的實(shí)驗(yàn)用具、展示白板等；而個(gè)性化資源支持、過程記錄等環(huán)境要求，則因當(dāng)前智能學(xué)習(xí)大背景下自適應(yīng)技術(shù)的存在成為可能。自適應(yīng)技術(shù)是多項(xiàng)智能技術(shù)的整合，能夠根據(jù)不同學(xué)習(xí)者的認(rèn)知風(fēng)格、認(rèn)知能力、動態(tài)表現(xiàn)等提供針對性、適應(yīng)性的學(xué)習(xí)服務(wù)（Adaptive Learning）［13］。具體包括［14］：（1）自動記錄過程數(shù)據(jù)：平臺自動推薦符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平的個(gè)性化資源，根據(jù)其個(gè)性特征引導(dǎo)深化認(rèn)知，同時(shí)自動記錄學(xué)習(xí)過程和結(jié)果，持續(xù)刻畫學(xué)習(xí)者模型；（2）學(xué)習(xí)者水平評估：通過學(xué)習(xí)分析對比錄入數(shù)據(jù)與領(lǐng)域模型知識顆粒，評估學(xué)習(xí)者認(rèn)知、情感和動作技能等方面的初始水平、目標(biāo)需求和學(xué)習(xí)績效；（3）數(shù)據(jù)反饋與資源推薦：學(xué)習(xí)推薦系統(tǒng)接收評估，自動推薦適切的學(xué)習(xí)內(nèi)容、資源和路徑。

自適應(yīng)技術(shù)目前已逐漸成為新增關(guān)鍵教育技術(shù)之一［15］。情感分析、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)推進(jìn)了人工智能與教育科學(xué)的深度交叉融合，當(dāng)前的自適應(yīng)系統(tǒng)已經(jīng)從最初的智能到自適應(yīng)，從感知到認(rèn)知，從低級認(rèn)知到包括初級意識的高級認(rèn)知。以計(jì)算機(jī)為媒介，以學(xué)習(xí)平臺為主要形式的自適應(yīng)技術(shù)已經(jīng)被許多機(jī)構(gòu)使用，如美國的ALEKS，國內(nèi)的作業(yè)幫、小猿搜題等，均能夠?qū)崿F(xiàn)上述部分或全部功能，基本能夠依據(jù)學(xué)習(xí)者需求和學(xué)習(xí)特征提供開放式、關(guān)聯(lián)式、分享式的學(xué)習(xí)方式以明確學(xué)習(xí)進(jìn)度、提升學(xué)習(xí)效果。

綜上所述，自適應(yīng)技術(shù)賦能的教學(xué)環(huán)境下進(jìn)行的具體教學(xué)過程可體現(xiàn)為如下四環(huán)節(jié)。

（1） 激發(fā)共情，明確方案。面對亟待解決的結(jié)構(gòu)不良問題，學(xué)生需置身于情境中考慮：對于用戶，何種產(chǎn)品被需要及設(shè)計(jì)方案何為。本研究選擇“同理心地圖（Empathy Map）”（如圖2）思維工具輔助該過程進(jìn)行。環(huán)境支持上，教師需在自適應(yīng)平臺上發(fā)布活動主題、篩選背景要點(diǎn)推送，學(xué)生獨(dú)立思考完成地圖（可按需調(diào)整內(nèi)容與數(shù)量），并在教師引導(dǎo)下共同交流、聚合思維明確探究方向。隨后類似上述過程，教師推送明確方向后的深入內(nèi)容，學(xué)生借助POV（point of view）思維工具（如圖3）聚焦探究問題與解決方案。

（2） 頭腦風(fēng)暴，確定方案。以小組合作為主要形式，借助SCAMPER思維工具（如圖4；可替換）進(jìn)行組內(nèi)頭腦風(fēng)暴，交流原始方案并確定最終方案。環(huán)境支持上，自適應(yīng)平臺以數(shù)據(jù)輔助教師異質(zhì)分組與及時(shí)干預(yù)、輔助學(xué)生在過程中獲取資源與問題解決。

（3） 測試方案，調(diào)整原型。學(xué)生通過測試收集數(shù)據(jù)，如當(dāng)前方案不符合預(yù)期則返回調(diào)整，這一階段以實(shí)驗(yàn)操作為主。環(huán)境上，教師采用觀察、后臺數(shù)據(jù)監(jiān)測等方式指導(dǎo)學(xué)生。嵌入自適應(yīng)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可用于測試環(huán)節(jié)以構(gòu)建更完善的學(xué)習(xí)者模型。

（4） 交流結(jié)果，互動評價(jià)。在環(huán)境支持下，形成性評價(jià)在傳統(tǒng)教師觀察的基礎(chǔ)上納入了自適應(yīng)平臺的自動記錄；終結(jié)性評價(jià)則包括教師直接評價(jià)與小組自評互評，課后教師也可借助平臺推送適應(yīng)性測驗(yàn)（見圖5）。

4? 基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的自適應(yīng)賦能探究教學(xué)模式的應(yīng)用——以“設(shè)計(jì)最佳的原電池”為例

本案例選自選擇性必修課程原電池相關(guān)內(nèi)容，該探究建立在學(xué)生已有知識基礎(chǔ)上，能夠在教師引導(dǎo)下進(jìn)行；具有一定難度，可以引起學(xué)生興趣，激發(fā)創(chuàng)新動力。該主題的教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）了解生活中的常用電池，感受其社會需求；（2）在掌握原電池基本構(gòu)造基礎(chǔ)上進(jìn)一步深刻認(rèn)識原理，設(shè)計(jì)多樣原電池模型并探究效果；（3）在過程中發(fā)散與聚合思維，為現(xiàn)實(shí)問題尋求科學(xué)的解決方案，體會化學(xué)發(fā)展的重要意義。

環(huán)節(jié)1? （準(zhǔn)備階段）激發(fā)共情，明確方案

［教師活動1］教師課前發(fā)布探究主題——“設(shè)計(jì)最佳的原電池”并邀請學(xué)生討論：電池是生活中的必備物品，作為電池設(shè)計(jì)者，會考慮哪些用戶？他們具有何種需求？請大家結(jié)合平臺推送與查找，使用同理心地圖（如圖2）列舉對象與需求。

［預(yù)設(shè)學(xué)生反饋］學(xué)生接收個(gè)性化內(nèi)容，了解背景知識后，可能提出：電池用途廣泛但功能較一致，可將普遍的“用戶”作為共情對象，用戶需求可能包括：體積外觀、操作便捷性、電流大小、可持續(xù)性、內(nèi)部物質(zhì)是否對人體或環(huán)境有害等。

［教師引導(dǎo)］根據(jù)大家的想法，我們可以將四個(gè)象限的主題基本確定為：

<使用體驗(yàn)>（包括電池體積、操作便捷性等）

<電池外觀>（包括簡潔外形等）

<電池性能>（包括電流大小、可用持續(xù)時(shí)間等）

<環(huán)保要求>（包括電池內(nèi)部物質(zhì)是否對人體或環(huán)境有害）

但由于目前改進(jìn)對象仍為“原電池”，即一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的最初始裝置，電池外觀簡單直接，因此<使用體驗(yàn)>和<電池外觀>將作為電池內(nèi)部完善后考慮的優(yōu)化內(nèi)容，<環(huán)保要求>則要求大家盡可能選擇綠色的材料與反應(yīng)。綜上，本次探究的方向聚焦于<電池性能>，即怎樣組建電流大且持續(xù)時(shí)間長的“最佳”原電池呢？

［教師活動2］教師在自適應(yīng)平臺勾選原電池相關(guān)知識點(diǎn)推送并發(fā)布驅(qū)動性問題：結(jié)合單液原電池的組件與其中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，思考哪些組件可能影響化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化效率？需要哪些藥品與儀器？怎樣獲知電池效能？

［提供工具］請大家結(jié)合同理心地圖與平臺推送資源，使用POV工具（如圖3）明確探究對象、目標(biāo)與初步方案。

［學(xué)生活動］學(xué)生獲得資源與引導(dǎo)。如平臺推斷學(xué)生A對基礎(chǔ)知識掌握度低，則推送更多附加資源；對于已掌握必要知識的學(xué)生B，自適應(yīng)平臺則在少量診斷后不再推送內(nèi)容，幾乎不會使其增加負(fù)擔(dān)。隨后學(xué)生嘗試解答驅(qū)動性問題。自適應(yīng)平臺通過記錄學(xué)生點(diǎn)擊搜索等行為進(jìn)行診斷與關(guān)聯(lián)內(nèi)容呈現(xiàn)，教師結(jié)合后臺數(shù)據(jù)差異化給予支持，精準(zhǔn)克服創(chuàng)新開端的障礙。

如學(xué)生A的POV工具填充為：

（1） 對象：原電池。

（2） 目標(biāo)：設(shè)計(jì)出效能好的原電池（包括電流大和可用時(shí)間長）。

（3） 初步方案：

原理：必修部分的單液原電池以鋅片和銅片為電極，以稀硫酸為電解液。鋅電極失電子是電流產(chǎn)生的根源，電解液構(gòu)成回路，其導(dǎo)電程度也很重要，所以電極和電解液的選擇會影響轉(zhuǎn)化效率。

藥品和儀器：稀硫酸、稀鹽酸、石墨電極、銅電極、鋅電極、鎂電極、靈敏電流表

方案：驗(yàn)證更活潑的電極與更強(qiáng)導(dǎo)電性的電解液能否帶來更強(qiáng)的、更持久的電流。

學(xué)生B的POV工具填充為：

（1） 對象：同上。

（2） 目標(biāo)：同上。

（3） 初步方案：

原理：根據(jù)平臺提供的原電池視頻，我觀察到鋅片會在稀硫酸中冒出氣泡，說明有一部分鋅片似乎直接與酸反應(yīng)了，可嘗試將其更換為不與鋅片反應(yīng)的導(dǎo)電溶液來構(gòu)成回路，可能提高能量轉(zhuǎn)化效率。此外根據(jù)資料我發(fā)現(xiàn)電流傳感器可以作為更準(zhǔn)確的測量儀器。

藥品和儀器：稀鹽酸、同濃度的氫氧化鈉溶液、石墨電極、鋅電極、電流傳感器

方案：驗(yàn)證不與鋅片直接反應(yīng)的氫氧化鈉溶液作電解液時(shí)能否帶來更強(qiáng)、更持久的電流。

設(shè)計(jì)意圖：尋找恰當(dāng)問題情境激發(fā)學(xué)生興趣，發(fā)揮設(shè)計(jì)主動性。在明確設(shè)計(jì)方向與具體方案的過程中借助思維工具訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散與收斂思維。其中教師對方向的準(zhǔn)確把握、適時(shí)的引導(dǎo)轉(zhuǎn)折與資源推送對于創(chuàng)新開端的建立非常重要，如教師活動1、2中的核心關(guān)注點(diǎn)不同，1更關(guān)注興趣激發(fā)與思維發(fā)散，推送內(nèi)容側(cè)重于探究必要的背景知識；2則意在明確初步方案，推送資源比1更為深入聚焦。自適應(yīng)平臺起到溝通師生、推送個(gè)性化資源并持續(xù)記錄及提供數(shù)據(jù)反饋的作用。

環(huán)節(jié)2? （迭代階段）頭腦風(fēng)暴，確定方案

［教師引導(dǎo)］小組討論確定設(shè)計(jì)方案，可借助SCAMPER思維工具（如圖4）從多方面對彼此的方案提出改進(jìn)與整合，對于不確定內(nèi)容可進(jìn)行平臺查詢或詢問老師。

［預(yù)設(shè)學(xué)生活動］組內(nèi)介紹各自方案并進(jìn)行對比、記錄與整合，在平臺上進(jìn)行查詢知識內(nèi)容，該行為被標(biāo)記并納入學(xué)習(xí)者模型。最終確定組內(nèi)設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)意圖：異質(zhì)成員間交流互補(bǔ)。在建立初步方案的基礎(chǔ)上，借助思維工具展開頭腦風(fēng)暴，幫助學(xué)生拓展、發(fā)散和整合思維。自適應(yīng)平臺為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供全程支持與記錄，教師可以通過后臺數(shù)據(jù)進(jìn)行必要干預(yù)。

環(huán)節(jié)3? （迭代階段）測試方案，調(diào)整原型

［教師活動］測試時(shí)請注意實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性與數(shù)據(jù)記錄，及時(shí)進(jìn)行組內(nèi)交流以調(diào)整方案。

［預(yù)設(shè)學(xué)生活動］某小組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電極活潑性越高，產(chǎn)生電流強(qiáng)度更高，而相同電極置于導(dǎo)電能力相同（離子數(shù)量相同）的電解液時(shí)電流強(qiáng)度并不相同，該小組持續(xù)搜索電解液相關(guān)知識點(diǎn)，教師在后臺檢測到學(xué)生困境，幫助知識梳理。

［教師引導(dǎo)］嘗試寫出使用不同電解液時(shí)的電極方程式與總反應(yīng)式。觀察不同電解液所涉及的氧化還原方程式有何差異。

［學(xué)生活動］學(xué)生能夠推測出氧化還原總反應(yīng)自發(fā)性越高，越能構(gòu)成效果好的原電池。但如何克服活潑電極與電解液直接反應(yīng)的問題呢？

［教師引導(dǎo)］我們能否嘗試將銅和鋅放在不同的電解液中構(gòu)成回路，例如將銅片放在稀硫酸中，將鋅片放到另一個(gè)燒杯的硫酸鋅中（作圖），再將兩個(gè)燒杯以某種方式連接仍構(gòu)成回路。但此時(shí)連接兩燒杯的橋梁通過的是離子而非電子，所以我們可以嘗試使用離子介質(zhì)如濕潤的棉線等使離子移動。

［學(xué)生活動］利用棉線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流有增大。

［驅(qū)動性問題］但作為電池設(shè)計(jì)者，棉線似乎不太符合用戶需求，請大家觀看平臺推送并思考：較為成熟的離子通路——“鹽橋”是怎么起作用的？

［學(xué)生活動］學(xué)生接收適應(yīng)性資料，部分學(xué)生同時(shí)收到平臺推送的少量題目，教師在后臺查看學(xué)生對鹽橋的了解狀況。

［教師活動］針對后臺數(shù)據(jù)再次向全體或個(gè)別小組澄清存在問題的內(nèi)容。同時(shí)強(qiáng)調(diào)，根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)，雙液原電池的效果顯然優(yōu)于單液原電池，請小組調(diào)整方案再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

［學(xué)生活動］小組討論調(diào)整方案。設(shè)置雙液原電池，結(jié)合電極反應(yīng)式的書寫嘗試更換電解液。部分小組提出雙液原電池的瞬時(shí)電流增大，但而后持續(xù)產(chǎn)生的電流仍然微弱。

［教師活動］請學(xué)生再次查看氯化鉀鹽橋中的離子移動視頻及鹽橋改進(jìn)相關(guān)資料，思考：如何使得離子通路在形成的基礎(chǔ)上持久存在？

［學(xué)生活動］學(xué)生在明確鹽橋作用的基礎(chǔ)上檢索到不同材質(zhì)與外形的“鹽橋”，最終了解到離子交換膜的存在。

［教師活動］監(jiān)測后臺數(shù)據(jù)確保學(xué)生進(jìn)度一致，在學(xué)生了解到離子交換膜這一概念之后，教師再簡要介紹離子交換膜電池，使學(xué)生感受到化學(xué)發(fā)展的重要意義。

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生多次嘗試改進(jìn)單液原電池遭遇困境時(shí)，教師及時(shí)介入引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注雙液原電池這一形態(tài)差異較大的改進(jìn)形式。鹽橋與雙液原電池的搭建是本次探究活動的重點(diǎn)，教師結(jié)合平臺數(shù)據(jù)，逐步引導(dǎo)學(xué)生突破難點(diǎn)，在熟悉雙液原電池的基礎(chǔ)上再萌生創(chuàng)意想法，最后呈現(xiàn)離子交換膜以拓展視野，激發(fā)興趣。

環(huán)節(jié)4? （展示階段）交流結(jié)果，互動評價(jià)

［學(xué)生活動］小組匯報(bào)包括待解決問題、方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)收集、探究結(jié)果及反思等在內(nèi)的探究過程，組間交流意見，內(nèi)容聚焦于知識掌握、創(chuàng)造力的發(fā)揮、產(chǎn)品的現(xiàn)實(shí)價(jià)值等。

［教師活動］點(diǎn)評小組探究中的優(yōu)點(diǎn)與不足，幫助反思進(jìn)行，請學(xué)生完成探究報(bào)告并上傳平臺。課后教師在自適應(yīng)平臺中勾選相關(guān)重難點(diǎn)內(nèi)容，向?qū)W生推送自適應(yīng)測評。平臺則依據(jù)學(xué)習(xí)者模型為掌握知識的學(xué)生提供少量鞏固測試及更多的拓展資源，為知識點(diǎn)存在明顯缺漏的學(xué)生安排更多的適應(yīng)性資源與循環(huán)練習(xí)題目。

設(shè)計(jì)意圖：通過組間交流，尤其是對活動中困境與改進(jìn)路徑的討論，可激發(fā)創(chuàng)新相關(guān)的反省思維，促使思考組內(nèi)方案的進(jìn)一步優(yōu)化。本環(huán)節(jié)應(yīng)注意，課后的自適應(yīng)測評應(yīng)側(cè)重覆蓋探究結(jié)論及過程重難點(diǎn)，后續(xù)教師應(yīng)及時(shí)通過后臺數(shù)據(jù)監(jiān)測為仍存在問題的學(xué)生提供及時(shí)的額外支持，避免遺留創(chuàng)新障礙。

5? 展望與結(jié)語

上述案例以初始原電池裝置的改進(jìn)為主題，結(jié)合自適應(yīng)技術(shù)賦能環(huán)境，發(fā)揮了設(shè)計(jì)思維支持下探究教學(xué)活動在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維方面的價(jià)值。課前幫助學(xué)生筑牢創(chuàng)新基礎(chǔ)，激發(fā)多樣創(chuàng)新思路；課中幫助學(xué)生差異化認(rèn)知關(guān)鍵知識點(diǎn)，進(jìn)行方案改進(jìn)，幫助教師調(diào)整教學(xué)；課后以全過程記錄作為評估標(biāo)準(zhǔn)，對存在知識漏洞的學(xué)生提供精準(zhǔn)干預(yù)，助力個(gè)性化創(chuàng)新思維培養(yǎng)。

自適應(yīng)平臺環(huán)境對設(shè)計(jì)思維教學(xué)實(shí)施至關(guān)重要，而要將上述模式真正應(yīng)用于課堂對當(dāng)前自適應(yīng)平臺的發(fā)展提出一定要求，本研究基于此提出如下展望與建議：目前多數(shù)平臺仍側(cè)重于知識學(xué)習(xí)等低層次的認(rèn)知目標(biāo)而忽視了高層次認(rèn)知目標(biāo)，表現(xiàn)為平臺內(nèi)容組織方式少見以活動為中心、呈現(xiàn)方式以互動性低的文本和視頻為主，題目的正確率常被作為主要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足不同學(xué)習(xí)者的需求。這要求將更多有關(guān)大腦高級認(rèn)知功能的研究與教育學(xué)理論融入平臺設(shè)計(jì)，開發(fā)更多活動形式的學(xué)習(xí)單元、優(yōu)化情感傳遞功能，更加全面多樣地測評學(xué)習(xí)者的心理需求。其次，可整合自適應(yīng)技術(shù)與其他學(xué)習(xí)系統(tǒng)如虛擬實(shí)驗(yàn)室，既能夠?qū)⒛承┏杀景嘿F或危害較大但極具價(jià)值的實(shí)驗(yàn)納入操作，又能構(gòu)建更完善的學(xué)習(xí)者模型。最后，目前就學(xué)校教育系統(tǒng)如何融入自適應(yīng)技術(shù)培養(yǎng)多樣化人才的可操作性路徑探索較少，我們應(yīng)尋求落腳點(diǎn)，發(fā)揮技術(shù)賦能學(xué)校教育更多場景，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有意義。

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