AI—CAI教学模式在化学课堂教学中的应用

戴巧香

AI—CAI教学是抛锚式教学(AnchoredInstruction)与计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction)相结合的教学模式的简称。这种教学力求创造类似现实的情境,以解决学生所经历的事物中所产生的一些实际问题为目标,通过教师指导,借助计算机辅助,师生共同探索,解决实际问题。

当前对抛锚式教学和计算机辅助教学的独立研究进行较多,且取得了很多成果,但对于这两者相结合的教学中模式在化学教学中的应用研究仍有待深入。

AI—CAI教学模式的程序是:创设真实情境—创设问题情境—创设探索情境—创设评价情境。本文以苏教版《化学2(必修)》“石油的分馏”的教学为例来说明AI—CAI在化学课堂教学中的应用,以促进学生自主探索、发现、研究及合作学习,自主进行知识的意义构建。

一、“石油的分馏”教学实例

1. 课前准备:要求学生利用互联网查阅以下资料,并整理制作简单课件

(1)石油分馏产品的物理性质;(2)石油分馏产品的用途;(3)石油分馏塔的工作原理。

在准备阶段,教师对学生进行自学讨论、查阅资料的学法指导。(师生互留QQ号码以便网上交流)

2. 课堂教学设计

(1)创设真实情境,激发学习欲望

①情境激学

PPT展示:中东地区战争的各国为争夺石油资源而耗费大量人力、物力、财力,将石油争夺战的真实场景得以再现,说明石油是一种重要的战略资源,学生的注意力立即被吸引过来。

情境引入新课:

[教师讲述]我国和世界石油分布的现状(PPT展示分布图)。

石油是一种化石燃料,目前石油资源紧缺。

FLASH模拟演示石油的形成。

[学生分析交流]石油的组成元素。

②搭建脚手架

抛锚式教学不是把现成的知识教给学生,而是在学生学习知识的过程中,根据学生的需要为其提供援助和搭建脚手架。“脚手架”应该根据学生的最近发展区而搭建,是为发展学生进一步理解而提供一定的支撑。必要辅助信息的提供可以在创设真实情境前,也可以“镶嵌”[1] 在问题的解决过程中。这样的设计有利于学生积极参与到信息支持的各种活动中。在AI—CAI教学中,信息的提供可以借助电脑。为了完成石油分馏实验装置的设计,教师可通过创设情境,提供信息援助。

[情境1]你所知道的石油加工产品有哪些?它们是纯净物还是混合物?它们有没有固定的沸点?

[学生上台演示]课前设计的课件,介绍石油加工产品。

[情境2]如果将这些产品混合在一起,汽化的顺序是怎样的?

以上问题通过分组讨论、师生互动、生生互动、互相支持配合,进行有效的交流沟通,得出正确结论,为下面石油的分馏问题解决作好铺垫,顺利实现了向创设真实情境的过渡。

③创设真实情境

如何分离汽油、煤油、柴油混合物?这个真实情境作为整个课堂探索的“锚”[2]被固定下来,下面的探索活动都以这个情境问题的解决为中心展开。

(2)创设探索情境,倡导交流与合作

为解决“汽油、煤油、柴油混合物的分离”这个核心问题,可将探索过程分解成以下几个探索情境。

①探索情境1:实验室需要一些纯净的水完成某实验,但现在只能找到一些浑浊的自来水,你能利用现有的仪器制取纯净的水吗?

②FLASH展示:烧杯、试管、酒精灯、铁架台、导气管(数量不限)。

③合作交流:各小组合作交流,选派代表上台在电脑上模拟演示所组装的装置。

④方案评价优化选择:得到如图1所示装置。

⑤探索情境2——迁移应用:现有一瓶汽油和煤油的混合物,如何分离?学生自然会想到用图1的装置来分离。

教师针对学生存在的问题进行答疑、释疑,对个人和小组的学习活动情况进行激励性评价,从而帮助学生矫正学习偏差、调节情绪、树立学习信心。设计的探究情境慢慢向石油的分馏这一核心问题靠拢。

(3)创设问题情境,激发学生的思维

①问题情境1:汽油和煤油分离要加热到什么程度?图1装置用于分离汽油和煤油须增加什么条件来控制?控制这个条件需要知道什么数据?

②学生合作交流:缺少了温度控制,要让蒸汽冷凝下来还需要什么?

③问题情境2:汽油和煤油的汽化温度相对较高。增加了温度控制后,图1装置用于分离汽油和煤油还存在哪些不足?怎样改进?

④合作交流后学生提出以下改进方案:加温度计控制温度;用烧瓶替代试管增大受热面积,使混合液均匀受热;加沸石防止暴沸;用冷凝管充分冷凝。

⑤FLASH模拟演示:各小组派代表上台在电脑上组装石油的分馏装置。

结合课件介绍仪器名称,讨论分析石油分馏实验的注意点。

⑥教师实验演示:石油的分馏。

⑦情境迁移应用:如何分离汽油、煤油、柴油的混合物?

⑧再次迁移:如何分离原油?

AI—CAI教学中,问题情境的创设应有助于学生发展各种经验的表征能力,这将促进迁移发生的可能性。

(4)创设评价情境,提供展现机会

AI—CAI教学不仅是为了让学生能够解决“锚”[1]中的问题,而且要通过教学使学生能够自主地完成学习目标,自主地解决复杂背景中的真实问题,提高与他人合作、交流、相互评价和自我反思的能力。在石油的分馏实验设计完成后进入到总结评价和成果展示阶段。

①回顾评价各学习小组的探索成果。

②学生小组代表展示课前准备成果:分馏塔的介绍;石油分馏产品的用途(如图2)。

二、教学反思

1. 教师应积极转变角色

在AI—CAI教学过程中,教师只是一个引导者,应努力发挥学生的主体作用,让学生在探索中体验科学方法的运用,会设计实验,并通过计算机模拟展示。使学生学习化学知识的过程不再是一个单纯接受现成知识结论的过程,而是进行科学探究,养成严谨的科学态度、学会科学方法和形成价值观的过程,从而达到全面提高学生科学素养的目的。在教学设计时,教师必须考虑学生的学习特点和心理需求,在课堂活动中营造合作气氛,使每个学生得到尽可能多的关注和发展,使文化背景和学习程度各异的学生个体的学习能力都得到发展,使所有的学生都有发展的机会。

2. 智能模拟能为教学提供有效的支撑

多媒体计算机和网络条件为抛锚式教学的实施提供了很大的发展空间。CAI系统中,资料和信息的查阅及使用非常方便,可以通过仿真技术,模拟现实情境,学生们可以发挥能动性,编排各种实验,探索并理解其中的规律[3]。

3. 倡导交流与合作,深化探究

真实问题情境往往十分复杂,凭单个学生的力量是很难完成的,因此合作学习非常重要。在学生分角色进行对话时,需要他们动用以前所学的有关教育学知识,以及他们本身形成的教育观来解决问题。他们试图探索多种可能的解决方案,在对方案进行讨论和评判中,学生们才能意识到有些方案不合理,进而进行改善。例如在自来水提纯的实验设计中,一开始有学生设计对采用烧杯加热自来水,通过讨论后发现这样的设计汽化水的收集存在问题,进而改进用试管加热;又如在这个实验设计的冷凝部分,一开始只用了长导气管,经交流后又增加了装有冷水的烧杯的设计。通过这一阶段的活动,学生能够体验对解答的合理性进行检验的必要性,不仅培养了学生解决问题的能力,更重要的是对问题解答的检验与反思始终体现合作学习的精神。学生在探究的过程中互相帮助,充分发挥各自的长处,团队多元智能得到展示,培养了善于与人合作的习惯,增强了学生的社会生存能力。

AI—CAI教学模式是建构主义教学理论与计算机辅助教学的有机结合。要充分利用网络课堂对教学进行精心设计,创造一种适合学生生理、心理特点的教学氛围。AI—CAI教学模式对于改变过于强调接受学习、机械训练的现状,确立学生在课程改革中的主体地位,发挥学生自主探究、发现、研究以及合作学习的机智,培养创新精神和实践能力,增强社会责任感有着极其重要的意义。■

参考文献:

[1] 钟启泉,高文.教学模式论[M]. 上海:上海教育出版社,2001.

[2] 杨绍文.建构主义理论下的情境教学探究[J].荆州师范学院学报,2003(4):112-114.

[3] 窦继红.AI—CAI与生物课堂教学设计研究[J]. 甘肃高师学报,2006(2).