基于課標(biāo)“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”改進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究

摘要： “學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》化學(xué)課程內(nèi)容重要組成部分之一。加強(qiáng)信息技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新內(nèi)容呈現(xiàn)形式，探索開(kāi)發(fā)數(shù)字化教材，提供更加豐富的教學(xué)資源與多樣化的學(xué)習(xí)方式，是新課標(biāo)對(duì)教材內(nèi)容的組織與呈現(xiàn)要求之一。在對(duì)教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)，教師應(yīng)利用“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”中安排的“實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)”“調(diào)查與交流活動(dòng)”“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)”等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展定量的科學(xué)探究，借助可視化的數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)化學(xué)問(wèn)題的本質(zhì)，培養(yǎng)他們多視角收集證據(jù)解決化學(xué)問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；課程標(biāo)準(zhǔn)；學(xué)習(xí)活動(dòng)建議；手持技術(shù)；教材二次開(kāi)發(fā)

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展為導(dǎo)向，設(shè)置了五個(gè)學(xué)習(xí)主題，每個(gè)學(xué)習(xí)主題的教學(xué)提示，包括教學(xué)策略建議、情境素材建議和“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”。新課標(biāo)提供核心素養(yǎng)發(fā)展導(dǎo)向的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和學(xué)習(xí)環(huán)境建議，旨在優(yōu)化課程目標(biāo)和學(xué)業(yè)質(zhì)量在每個(gè)學(xué)習(xí)主題中的實(shí)現(xiàn)途徑，促進(jìn)教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變^[1]。在明確了“教什么”“教到什么程度”的同時(shí)，新課標(biāo)還強(qiáng)化了“怎么教”的具體指導(dǎo)?；瘜W(xué)教材是化學(xué)課程重要的物化形態(tài)與文本素材，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)課程目標(biāo)的重要載體，是開(kāi)展化學(xué)教學(xué)的主要資源之一^[2]。“如何使用教材（教科書(shū)），是‘教教材還是‘用教材教，這是區(qū)分教師專(zhuān)業(yè)化程度的標(biāo)尺”^[3]。教師“用教材教”的能力實(shí)際上就是教師的?“教材二次開(kāi)發(fā)能力”，它也是教師應(yīng)具備的關(guān)鍵能力之一^[4]。教師在教學(xué)中，應(yīng)堅(jiān)持核心素養(yǎng)導(dǎo)向的課程資源觀，充分發(fā)揮課程資源開(kāi)發(fā)和利用的主體作用，加強(qiáng)信息技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新內(nèi)容呈現(xiàn)形式，探索開(kāi)發(fā)數(shù)字化教材，為學(xué)生提供更加豐富的教學(xué)資源與多樣化的學(xué)習(xí)方式^[5]，促進(jìn)全面育人目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何以新課標(biāo)中“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”為依據(jù)，推動(dòng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教材^[6]開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用？下面，筆者談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)和做法。

一、對(duì)“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”的理解

“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”是義務(wù)教育化學(xué)課程內(nèi)容重要組成部分之一，是學(xué)生參加化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)重要內(nèi)容。教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)新課標(biāo)里規(guī)定的“所要達(dá)到的最基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)要求”，而且還要根據(jù)“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”，明確探究和實(shí)踐任務(wù)，放手讓學(xué)生探究和實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生以自主與合作方式參與活動(dòng)，并給予必要的指導(dǎo)與支持。

（一）研究“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”有利于探尋實(shí)踐思路與方法

“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”建立了學(xué)生活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了學(xué)生“怎么學(xué)”，指導(dǎo)著教學(xué)評(píng)一體化學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)。任務(wù)是開(kāi)展探究實(shí)踐的主體，有了任務(wù)才能激發(fā)學(xué)生去探究思考并設(shè)計(jì)方案，積極觀察、分析，形成探究實(shí)踐的思路與方法。教師參考“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”設(shè)計(jì)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生探究才具有有效性和權(quán)威性。另外，“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”提出了活動(dòng)的實(shí)施方案，為教與學(xué)指明了方向。

（二）落實(shí)“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”有利于激發(fā)學(xué)生的探究欲望

義務(wù)教育化學(xué)課程作為一門(mén)自然科學(xué)課程，具有基礎(chǔ)性和實(shí)踐性^[7]。學(xué)生應(yīng)像“科學(xué)家一樣思考問(wèn)題”，學(xué)習(xí)化學(xué)。教師呈現(xiàn)“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”，讓學(xué)生探尋自己喜歡的學(xué)習(xí)內(nèi)容和適合自己的學(xué)習(xí)方法，逐漸增強(qiáng)探究興趣。

“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”對(duì)探究實(shí)踐素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要的作用。在教學(xué)中，教師應(yīng)吃透新課標(biāo)中“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”，在利用教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，應(yīng)用信息技術(shù)并使之與化學(xué)實(shí)驗(yàn)深度融合，切實(shí)做好化學(xué)教材二次開(kāi)發(fā)工作。

二、對(duì)教材二次開(kāi)發(fā)的認(rèn)識(shí)

（一）科學(xué)使用化學(xué)教材

對(duì)于教材內(nèi)容的呈現(xiàn)，教師應(yīng)領(lǐng)會(huì)新課標(biāo)的內(nèi)涵及要求，不能簡(jiǎn)單堆砌事實(shí)材料，而應(yīng)注重內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，體現(xiàn)學(xué)科思想和方法。但受篇幅影響，教材給予的素材往往只是諸多素材中的一部分。

化學(xué)課程內(nèi)容具有趣味性、基礎(chǔ)性，教學(xué)內(nèi)容體系也充分符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，滿(mǎn)足學(xué)生在不同水平上的進(jìn)階發(fā)展需求?？鬃诱f(shuō)“不憤不啟，不悱不發(fā)”?！皯崱焙汀般倍衷忈屃藢W(xué)生在學(xué)習(xí)中，會(huì)產(chǎn)生“認(rèn)知沖突”，經(jīng)歷“平衡—不平衡—新平衡”的學(xué)習(xí)過(guò)程。教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和教學(xué)需要，積極鉆研如何有效地對(duì)教材進(jìn)行創(chuàng)造性開(kāi)發(fā)和使用。教師對(duì)教材的二次開(kāi)發(fā)，也充分體現(xiàn)了教師的教學(xué)智慧和教學(xué)創(chuàng)新^[8]。

教材^[9]突出了學(xué)科特點(diǎn)，考慮到不同區(qū)域、不同學(xué)生的發(fā)展需求，留有一定的彈性和靈活性，便于教師的創(chuàng)造性教學(xué)和學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)^[10]。如教材給出了用灼燒火柴梗來(lái)判斷蠟燭燃燒外焰、內(nèi)焰和焰心溫度高低的方法。該實(shí)驗(yàn)是學(xué)生正式學(xué)習(xí)化學(xué)后接觸的首個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究與實(shí)踐等化學(xué)核心素養(yǎng)、敏銳觀察能力、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要作用^[11]。再如，教材中采用紅磷燃燒法“測(cè)定空氣里氧氣的含量”，該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想源于拉瓦錫著名的“12天實(shí)驗(yàn)”^[12]。教材編寫(xiě)者如此設(shè)計(jì)，尊重并沿用拉瓦錫實(shí)驗(yàn)思路，且實(shí)驗(yàn)易操作，現(xiàn)象明顯。教材中“探究”和“實(shí)驗(yàn)”等欄目都是重要的教學(xué)資源，但教師平時(shí)使用教材中的這些資源時(shí)，不能只是一味地“拿來(lái)”，還應(yīng)該學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫(xiě)與實(shí)際教學(xué)中存在的“不一致”^[13]，對(duì)教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，更加合理、有效地使用教材。

（二）改變學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)方式

在《初中化學(xué)教學(xué)設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)》的科學(xué)探究主題中，專(zhuān)門(mén)列出了數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)題。該文件建議學(xué)校選配計(jì)算機(jī)、數(shù)字采集器、軟件及多種傳感器在內(nèi)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，并根據(jù)不同的傳感器類(lèi)型，給出了一系列活動(dòng)建議。

教學(xué)中，教師應(yīng)堅(jiān)持以“以融合促發(fā)展”的思想，即依托教材又不依賴(lài)教材，突破教材的限制，挖掘數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源，對(duì)教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。這樣不僅能充分發(fā)揮傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的教學(xué)價(jià)值，而且能對(duì)該實(shí)驗(yàn)有效擴(kuò)展，讓學(xué)生獲得更為豐富的科學(xué)探究體驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

教師將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)中，有助于增強(qiáng)學(xué)生獲取、加工、處理信息的能力。在教學(xué)中科學(xué)開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，豐富學(xué)生的知識(shí)體系，為學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，提高學(xué)習(xí)效率^[14]，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的改變，有效實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。在手持技術(shù)的支撐下，教師能更好地實(shí)現(xiàn)“學(xué)生為主、教師為輔”的教學(xué)方式，將以往“教師提供問(wèn)題和方法，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論”的教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)字化環(huán)境下的“教師創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，主動(dòng)找出方法，最后討論得出結(jié)論”的教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣，提高主觀能動(dòng)性^[15]。

三、手持技術(shù)和教材開(kāi)發(fā)深度融合的實(shí)踐

筆者結(jié)合新課標(biāo)中“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”“物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)”“物質(zhì)的化學(xué)變化”“化學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”五個(gè)學(xué)習(xí)主題，依據(jù)“教學(xué)提示”中“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”的內(nèi)容，整理出手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教材編寫(xiě)內(nèi)容基礎(chǔ)上的拓展內(nèi)容，有效推動(dòng)教材深度開(kāi)發(fā)。下面，以“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”中“探究鐵釘生銹的條件”和“探究常見(jiàn)酸溶液、鹽溶液與金屬發(fā)生的置換反應(yīng)及規(guī)律”兩個(gè)活動(dòng)在教材開(kāi)發(fā)中應(yīng)用為例介紹如何將手持技術(shù)和教材二次開(kāi)發(fā)深度融合。

（一）探究鐵釘生銹的條件

按照教材給出的探究方案，學(xué)生需要課前用1周左右的時(shí)間準(zhǔn)備，以對(duì)照、觀察的方式探究鐵制品銹蝕的原因（發(fā)生反應(yīng)的條件）。在教學(xué)中，有學(xué)生提出能不能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間并且實(shí)現(xiàn)氧氣、水的變化情況可視化。為了滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：用還原性鐵粉和取暖貼等代替鐵釘，在密閉容器中，用濕度傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)容器中水分、氧氣和溫度的變化情況。這樣不僅縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且便于學(xué)生根據(jù)曲線(xiàn)判斷鐵生銹氧氣、水的變化情況，了解該反應(yīng)放熱的特點(diǎn)。同時(shí)，學(xué)生對(duì)反應(yīng)快慢的影響因素和“鐵生銹”的應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)。

在開(kāi)展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生觀察到用植物油液封的水中鐵釘銹蝕了。為了探究用油膜法能否制造無(wú)氧環(huán)境，筆者采用定性和定量研究相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，用山泉水、大豆油、鐵釘?shù)茸鰧?shí)驗(yàn)（如圖1）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在去除溶解氧的水中倒入大豆油，同時(shí)插入光學(xué)溶解氧傳感器、不銹鋼溫度傳感器，連續(xù)采集3天水中溶解氧的數(shù)據(jù)^[16]（如圖2）。學(xué)生展開(kāi)定性、定量研究，查閱文獻(xiàn)，根據(jù)溶解理論判斷，用油膜法無(wú)法制造水中無(wú)氧環(huán)境，進(jìn)而提出了對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案。

（二）探究常見(jiàn)酸溶液、鹽溶液與金屬發(fā)生的置換反應(yīng)及規(guī)律

以“鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)”為例。教材設(shè)計(jì)了“反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系”的探究?jī)?nèi)容，對(duì)于其中的方案二用“鐵與硫酸銅溶液”在密閉容器中反應(yīng)，有學(xué)生提出疑問(wèn)，“從反應(yīng)原理分析，沒(méi)有氣體參加反應(yīng)也沒(méi)有氣體生成，為什么要在密閉環(huán)境中進(jìn)行”。為了答疑解惑，筆者用pH試紙檢測(cè)硫酸銅溶液的酸堿度，讓學(xué)生知道溶液顯酸性且酸性較強(qiáng)。學(xué)生根據(jù)“酸溶液與金屬”發(fā)生置換反應(yīng)的特點(diǎn)，知道該反應(yīng)有氫氣生成，對(duì)為何設(shè)置密封裝置有了正確的認(rèn)識(shí)。隨著認(rèn)知水平的提高，學(xué)生又提出疑問(wèn)，“溶液中的pH應(yīng)該逐漸變大，為何用pH傳感器測(cè)定發(fā)現(xiàn)結(jié)果恰恰相反，溶液的酸性不降反升”。筆者繼續(xù)和學(xué)生一起分析。學(xué)生根據(jù)反應(yīng)體系的特點(diǎn)，提出“有可能氧氣參加了反應(yīng)”，用溶解氧傳感器測(cè)定，發(fā)現(xiàn)溶解氧在不斷地減少。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述措施能否真正排除氧氣對(duì)此實(shí)驗(yàn)的干擾，師生改用去氧蒸餾水配制成的硫酸銅溶液，放入鐵釘后用pH傳感器測(cè)定（如圖3），發(fā)現(xiàn)?pH沒(méi)有再下降而是上升（如圖4）。這說(shuō)明控制住氧氣這一干擾因素后，鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的現(xiàn)象回歸“正?！?sup>[17]。筆者融合手持技術(shù)開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，從定性定量相結(jié)合的視角，促進(jìn)了學(xué)生高階思維的發(fā)展。

除了上述兩個(gè)案例外，教師可全面結(jié)合“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”在教材開(kāi)發(fā)中融入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)開(kāi)展初中化學(xué)教學(xué)（掃碼查閱表格）。

四、總結(jié)

教育家葉圣陶先生說(shuō)：“教材只能作為教課的依據(jù)，要教得好，使學(xué)生受益，還要靠老師的善于運(yùn)用?！?/p>

對(duì)教材的二次開(kāi)發(fā)，應(yīng)在保證科學(xué)性的前提下開(kāi)展。教師要注意學(xué)生的可接受性，在敘述和描述時(shí)注意語(yǔ)言通俗、承接順暢、邏輯清晰；應(yīng)正確理解課程改革精神，結(jié)合新課標(biāo)中的“學(xué)習(xí)活動(dòng)建議”，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)和化學(xué)教學(xué)深度融合，真正實(shí)現(xiàn)教材開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新；應(yīng)努力將大概念的建構(gòu)、思路方法的形成、態(tài)度責(zé)任的養(yǎng)成與化學(xué)核心知識(shí)的學(xué)習(xí)、科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展有機(jī)融合，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)有效提升；應(yīng)利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝備改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生借助可視化的數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生多視角收集證據(jù)解決化學(xué)問(wèn)題的能力^[18]，實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)在教材開(kāi)發(fā)中的高效應(yīng)用。

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（作者系江蘇省昆山開(kāi)發(fā)區(qū)青陽(yáng)港學(xué)?；瘜W(xué)特級(jí)教師、正高級(jí)教師）

責(zé)任編輯：祝元志