基于学生活动，在未来教室中让学习真正发生

倪江红

摘要：有了技术支撑的学生活动，可以在课堂中不断地生成问题，使学习过程、结果可视化，学生的能力也在活动中得到发展，让学习真正地发生，让学生成为学习的主人。

关键词：学生活动；化学实验；未来教室；传感器；呼吸作用

文章编号：1008-0546（2017）07-0036-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.009

一、相关理论

课堂设计的重点应该是学生的学习活动，通过精心设计和组织适合学生特点的多样化的学生学习活动，让学生经历典型的学习过程，掌握学习方法，才能让学习真正地发生。学习活动指向能力培养，引导学生生动活泼地主动学习，学生的能力在活动中得到发展，通过经历过程，形成体验，再内化为经验。通过外在的活动提升学习内在的体验，从而提高学生的综合素养。

“未来教室”基于丰富的数字教学资源和云平台，实现以学生为中心的个性化学习、探究性学习、协作性学习等新型教学模式，未来教室中的教学秉承“以生为本”的理念，教师不再是知识的灌输者，而是起到促进作用，师生是共同的学习者。未来教室中的先进设备为师生互动构建了多元回路，为教师关注每一个学生的学习体验提供了可能。在未来教室中进行学生活动研究，有了充分技术支撑的学生活动，就可以使学习过程、结果可视化。

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验教学中也应注重“以学生发展为本”的教学观，在教学中应强化对学生创新精神的培养、实验能力的培养，以及科学方法、科学态度、科学精神的培养[1]。

基于以上理论，笔者尝试了在未来教室中将传统的化学实验教学与数字传感器技术以及Starc双板技术相融合，通过师生互动、生生互动、资源共享、解读曲线变化，在不断解决问题中进行思维碰撞，让学生对化学知识由感性认识上升到理性认识，增强化学学科的学习成就感。本文选取了上海教育出版社化学九年级上册书本第46页练习与实践的一道习题，设计成学生活动，进行实践研究。

二、活动案例：验证呼吸作用产物

1.活动环节一：学生分组讨论，设计方案验证呼吸作用确实产生了二氧化碳（可以是文字表述或绘图）。每组选出一个优秀方案，用学生端的IPAD拍摄下来，发送至主屏，全班分享，进行评价。

初次提出方案：

方案①：往澄清石灰水中直接吹气，看是否变浑浊。

方案②：取两支试管，装入等量等浓度的澄清石灰水，一支吹气，一支鼓入空气，比较石灰水变浑浊的程度。

师生讨论点评：可用澄清石灰水检验二氧化碳气体，人体吸入空气中本身就含有二氧化碳，呼出的二氧化碳究竟是空气中原有的，还是呼吸作用的产物？所以设计的方案要排除吸入的空气中二氧化碳的干扰作用。方案①不可行。方案②设计了用空气做对比实验，还注意控制变量，使用了等量等浓度的澄清石灰水。但是如何使呼出的气体和鼓入的空气做到等体积呢？还需改进，确保实验方案确实可行。

学生继续讨论，改进方案……

改进后的方案：

方案③：设计成如图装置：人吸气时，应将活塞A打开，活塞B关闭；人呼气时，应将活塞A关闭，活塞B打开，观察到Ⅱ瓶石灰水是否变浑浊。

方案④：取两支试管，分别收集1试管空气和1试管呼出的气体，再分别加入等量等浓度的澄清石灰水，比较石灰水变浑浊的程度。

师生点评：

方案③的灵感来自《化学教与学》第22页上的一道习题，可以借助瓶I中的石灰水除去空气中的二氧化碳，而且无需控制吸入空气和呼出气体体积相等。但是组装这套装置，操作不是很简便。

方案④收集两试管气体，就可以做到吸入空气和呼出气体体积相等，空试管中本身就含有空气，那么如何收集呼出的气体呢？学生再次陷入了思考中……

经过激烈的探讨，同学不停地提出、又不停地否定再修改，最终达成共识，提出了解决方案：可用排水法收集一试管呼出的气体。

通过第一环节设计方案、点评、修改、再提方案的活动过程，学生认识到科学探究既需要實验和观察，又需要进行推理和判断，他们能在老师的引导下通过小组讨论，根据所需要探究的具体问题设计简单的方案，并不断完善，具有了控制实验条件的意识。另外也知道了设计的方案不但要理论可行，还要具有实际可操作性，操作要简便、现象要明显。学生的思维层次得到了提升，初步感受到科学探究的严谨、也享受到了解决问题的乐趣。

2.活动环节二：学生分组实验进行验证，复习排水法收集气体、滴加液体、振荡等基本操作，享受实验成果。

实验步骤：用排水法收集一试管呼出的气体，集满后塞好橡皮塞，另外取一支空试管做对比。然后分别向两支试管中滴入半滴管澄清石灰水，立即塞紧橡皮塞，上下颠倒摇匀相同的次数，使气体和澄清石灰水充分接触，比较石灰水变浑浊的程度。

这一环节的实验操作比较简单，学生完成得很是轻松。教师在学生实验过程中针对操作上的不当之处加以指正。学生在活动过程中充分享受到了用所掌握的基本操作技能轻松解决实际问题的乐趣，这种成就感正是化学教师应该尽力渗透到日常的教学工作中，让学生体会到学习化学的价值，才能在潜移默化中让学生爱化学，丰富学生的生活体验。

3. 活动环节三：数字化实验改进，利用氧气、二氧化碳传感器探究呼吸作用

通过实验，验证了呼吸作用确实产生了CO2，但是无法清楚地了解 CO2、O2含量变化的情况。

点击Starc外部工具，在双板副屏上打开威尼尔传感器软件，将氧气传感器和二氧化碳传感器置于密封袋中，由一位学生负责呼气，同时点击采集。然后将曲线图分享到学生手中的IPAD上，由学生分析数据，进行解读。在副屏上呈现如右下图的两条曲线。

学生解读曲线变化：呼出的气体中二氧化碳含量由0.03%上升到0.35%，证明了呼吸作用确实产生了二氧化碳；氧气含量由21%下降到18.3%，氧气并未完全耗尽。实验结果与书上数据基本吻合。通过数据测定结果我们可以避免这样一个误区，认为呼吸作用吸进去的是空气呼出来的全部是CO2。至于呼出气体中氧气含量为何没降低到0，这是因为肺一分钟呼吸 60 多次，氧气不可能在短时间内被完全吸收并转化。

通过传感器采集到的数据并以曲线的形式呈现在学生眼前，让呼吸作用的过程可视化，将学生的生活经验与活动经验结合起来，可以有效促进学生对化学知识的掌握。同时也培养了学生分析数据，解读曲线变化趋势的能力。

4. 活动环节四：进一步探究植物的呼吸作用

提出问题：进入久未开启的菜窖容易发生事故，是什么原因？植物呼吸会产生二氧化碳吗？

设计装置，模拟密闭环境中植物进行呼吸作用。笔者定制了一个塑料容器，容器盖子上有两个孔，直径与氧气传感器、二氧化碳传感器一致，能形成密闭的空间。将一颗娃娃菜置于容器中， 再將容器放置在纸盒中，避光保存，然后采集数据。由于植物呼吸需要长时间才会出现明显的变化，所以这一环节在解决了实验装置分析后，播放事先录制好的视频资料，再将曲线图分享到学生的IPAD上。

得出结论：植物细胞也要进行呼吸作用。只是相比人的呼吸作用，植物呼吸作用速度比较慢，短时间内难以测出气体含量的变化。但是在密闭空间中长时间持续作用后，空气中的二氧化碳含量也会显著增大，所以进入久未开启的菜窖需做灯火试验，避免发生事故。

到此学生对呼吸作用应该是具有比较清晰的认识了，再给出一段资料，让学生的认识提高一个层次。

资料链接：呼吸作用是生物体细胞把有机物氧化分解并产生能量的化学过程，又称为细胞呼吸。生物进行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸。有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。有氧呼吸是高等动物和植物进行呼吸作用的主要形式，因此，通常所说的呼吸作用就是指有氧呼吸。

最后以葡萄糖（C6H12O6）为例，在IPAD上写出其与氧气反应发生呼吸作用的化学方程式，巩固书写方程式的技能。

三、结语

化学中每一项重大发现和重要规律都是建立在化学实验基础之上的，本活动案例重视化学学科的学习特点，以实验为基础，将传统实验和数字化实验相结合，充分发挥未来教室的先进技术，将学生对呼吸作用的感性认识上升到理性认识。在未来教室中，通过学生活动，增加学生自主思考、自主学习的时间和空间，提高学生的参与度，学生的能力也在活动中得到发展，让学习真正地发生，真正成为学习的主人。

参考文献

[1] 王程杰.中学化学实验教学应以学生发展为本[J].化学教学，2001，9

[2] 章小波.做科学——《义务教育化学课程标准（2011年版）》基本理念的一点解读[J]. 化学教育，2013，2