“智能教室”支持下的化学课堂教学——以“电解池（第一课时）”为例

张 培

（江苏省锡山高级中学 江苏无锡 214174）

“智能教室”支持下的化学课堂教学
——以“电解池（第一课时）”为例

张 培

（江苏省锡山高级中学 江苏无锡 214174）

智能教室是随着教育信息化发展而产生的一种新型的教室形态，给教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式、师生互动方式带来一场变革。文章介绍了智能教室的相关概念、基本构造和功能，并以电解池教学为例，探索如何在智能教室中开展化学教学。

智能教室；电解池；教育信息化；课堂教学

随着教育信息化的发展，信息技术对教育教学的影响日益深远，促进信息技术更好地融合课堂教学已成为当下教育信息化发展的时代诉求。传统意义上的多媒体教室在交互性、开放性、即时性等方面已不再满足教育信息化的发展需求，而“智能教室”的出现为当下的信息技术与课堂教学的深度整合提供了可能的解决方案。

一、智能教室

1.“智能教室”的界定

智能教室（Intelligent Classroom）也称为“智慧教室（Smart Classroom）”、“未来教室（Future Class⁃room）”。智能教室还是一个发展中的概念，尚未形成统一的界定。以下为几种具有代表性的说法：台湾的赖阿福认为智能教室可定义为一个高度信息化、互动性强、整合性佳的教学与学习环境，适合进行信息融入教学、数字学习，教师可运用多元教学策略于讲授、评量、诊断、互动、讨论、探究等教学过程中，除了能强化教学效能及学习成效外，亦能提升学习者的关键能力（包含问题解决、创意思考、批判思考、沟通表达、信息应用等能力）［1］；陈卫东等认为智能教室是一个能够方便对教室所装备的视听、计算机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，有利于师生无缝地接入资源及从事教与学活动，并能适应包括远程教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，依靠智能空间技术实现的增强型教室［2］；胡卫星等认为智能教室是新科学技术发展并应用于学校课堂教育的产物，它是一种以泛在网络环境等先进科技为基础，以合适的数字化课程和资源为前提，以互动为核心，实现教与学过程最优化的新学习环境与空间［3］。分析相关文献，不难发现各专家学者对智能教室的界定主要包含以下三个方面：（1）硬件方面：基于物联网技术，无缝连接计算机、交互性白板、电子书包、个人智能终端、实物投影、摄像头等设备；（2）功能方面：轻松实现内容呈现、多屏互动、即时反馈、课堂录播、远程教学等教学功能；（3）课堂教学方面：具有灵活性、智能性、开放性、交互性等特点。

2.案例中“智能教室”的构造和功能

下面就教学案例中使用的智能教室的基本构造及相关功能作以简要说明：

图1 智能教室基本构造示意图

①交互式电子白板：将电子白板、计算机、短焦投影等多媒体设备高度集成，能够与教室内其他大屏幕或学生终端进行交互

②触控一体机：与屏幕①同步，或作为独立的计算机

③触控一体机：与屏幕①或②同步，或作为独立的计算机

④短焦电子白板：与屏幕①同步或作为白板

⑤智能教室终端：控制各教学设备，实现教室高密度wifi覆盖，内置高拍仪、音响等系统

⑥多功能讲台

⑦充电柜：支持60部学生终端（7.9寸平板）充电

⑧活动桌椅

⑨摄像头：课堂录播

⑩无尘黑板

二、“智能教室”支持下的电解池教学

1.“电解池（第一课时）”教学过程

本节内容选自苏教版选修4《化学反应原理》专题1第二单元中“电解池的工作原理及应用（第一课时）”。电解原理属于电化学知识，是中学化学基本理论的重要组成部分，与氧化还原反应、物质和能量变化等知识密切相关，它是电化学基础，也是原电池知识的延续，更是研究其应用的基础。在此之前学生已经学习过氧化还原反应、离子反应、原电池等相关知识，对物理中电学知识有一定的基础，同时形象思维能力已充分发展，抽象思维能力也在迅速发展中，具有一定的实验探究和分析推理能力。根据教学内容和学情分析，结合“智能教室”的特点和功能，设计并实施教学过程如下：

图2 智能教室支持下的电解池教学过程示意图

2.智能教室系统在教学中的应用

智能教室作为一种新型的教室形态，在优化教学内容呈现、提高课堂参与程度、增强课堂深度交互、实验现象高清展示、即时反馈教学效果等方面具有显著的优势。

（1）优化教学内容呈现

心理学家阿伦·佩维奥提出的“双重编码理论”认为大脑中存在两个功能独立却又相互联系的认知系统：来自语言经验的语言系统和非语言系统。语言系统处理语言信息，并以字符为基本单位编码存储在文字记忆区；非语言系统则是处理非语言信息，编码是以心象作为其基本单位存储在图像记忆区，也在对应的语言记忆区留下一个文字对照版本。视觉形式和语言形式一起呈现信息有助于增强记忆及识别［4］。

普通教室配备的投影仪是一个单屏环境，因空间所限难以将视觉信息和语言信息同时呈现，即便以黑板配合呈现语言信息（如板书或板演），又会出现需要频繁开关灯或者拉窗帘的情况。相较于普通教室，智能教室则是一个多屏环境，能够优化教学资源的呈现形式，以图文并茂、意义关联形成呈现的教学内容，以此刺激两个认知系统，使学生在相互关联的信息中积极构建新知识的意义，降低纯语言带来的认知负荷，以促进学生高效学习。

本案例中的智能教室一共有6块显示屏，分布于教室前方和左右两侧。图1中的①号为主显示屏，在教学中主要呈现图片、网络资料、实验视频、习题等教学内容，并在教学中与学生平板发生交互；②号显示屏配合显示相关的文字信息；两侧的四块显示屏分别同步①、②上的内容，这样每位学生都不需要频繁转动身子即可获得信息。

此外，智能教室中使用的交互式白板或者触控一体机亮度较普通教室中使用的幕布高，使用中无需营造“暗室”环境。短焦投影仪的使用既可以避免投影机光线对教师眼睛的直射，同时也避免教师的影子被投射在屏幕上遮挡画面。

（2）提高课堂参与程度

我们所处的是一个信息爆炸的时代，网络上有着丰富的教育资源，但是在普通教室里，只有教师的电脑可以连接互联网，教师将课前或课上搜索到的资源展示给学生，学生被动接受。而在智能教室里，学生获得信息的途径更为广泛也更为便捷，通过手中的平板链接网络就可以获得所需的资料，从被动接受转为主动参与。

在引入阶段，笔者提出问题，由学生通过平板上网搜索以获取信息，并将搜索到的网页信息以截图的形式上传到教学主机，而后全班共享信息并进行分析。比之以往直接将化学史料呈现在PPT上，这种学生主动参与其中的方式，使得其注意力更快地集中到学习任务上来，并且学习兴致也更为高涨。

（3）增强课堂深度交互

互动是课堂教学的重要组成部分，也是有效课堂教学的体现形式之一。在智能教室里，课堂中的“教”与“学”更多地体现为一种互动过程，这种互动包括教学者与学习者之间的互动，学习者与学习者之间的互动，教学者、学习者与教学资源、学习资源之间的互动，课堂教学主体与课堂设备之间的人机互动，现实课堂与虚拟课堂中的人、资源与设备的互动等［5］。

而这样的交互，操作上也非常的简便：教师可以选取屏幕上的文字或图片作为问题发送给学生，学生接收后作答并提交即可。对于判断题或选择题，学生直接点选后提交，系统会显示提交人数并给出简要统计分析，教师可以及时获知作答情况，并以此为基础进行点评或调整教学。对于主观题，学生可以采用直接在平板上书写或在纸上写完答案后拍照两种形式进行上传，教师既能够以缩略图的形式浏览学生答案，又可以点选放大后进行点评。

本节课中利用智能教室系统实现的交互行为主要有以下三种形式：

①个别展示

在教学环节二中，要求学生对通电前后熔融NaCl中微粒的运动情况进行分析。笔者指定一名学生进行作答，并通过“学生示范”功能，将其平板上的内容同步显示在大屏幕上。学生一边口中叙述一边在平板上的示意图上画出电流方向、离子运动方向，将其思维过程清晰地展现出来。

②全班作答

除了前面提到的引入环节搜索钠的发现史是每位同学都参与作答以外，在三个电解池（电解熔融NaCl、惰性电极电解CuCl2溶液、活性电极电解CuCl2溶液）的电极方程式和总反应方程式的书写都采用全班作答的形式。相比于普通课堂只能了解到部分学生的掌握情况，智能教室可以采用人人答题、即时提交的方式，不仅能促使全体学生积极参与学习活动，提高学生注意力，还能保证每位学生都有平等的答题机会，且答题过程不受他人干扰。

③小组提交

在环节四中，小组讨论书写电极反应式及总反应式的一般步骤和注意事项，汇总成统一意见后以小组为单位提交，全班交流并进行补充。因提交的是文本形式，比之普通课堂上常采用的口头汇报方式更为清晰明了。

（4）实验现象高清展示

电解CuCl2溶液是电解原理教学中比较重要的实验。如果作为演示实验，大部分同学只能观察到淀粉-KI试纸变蓝，只有少数前排同学能观察到阳极上产生的气泡和阴极上附着的红色固体；若作为学生实验，虽然便于清晰地观察到实验现象，但因电解装置较为复杂实验准备工作繁琐，并且在实验过程中产生较多对人体有害的氯气。

为了让所有同学都能观察到完整的实验现象而又不产生大量有毒的氯气，笔者尝试使用高拍仪的实物投影功能，但其摄像头固定在上方，无法从侧面捕捉到气泡产生和固体析出的画面，而且图像迟滞并伴有拖影。不过也因此受到启发，采用iPad对实验过程进行拍摄，并用airplayer功能（苹果录屏大师）将实时画面同步投影到屏幕上。与高拍仪相比，使用iPad可以自由调节距离和角度，画面清晰无迟滞，并且可以根据教学需要对录像文件进行重播、画面提取等操作。

本节课的两个演示实验都是采用这样的投屏方式，配合六块大显示屏，使得每位学生都能清楚地观察到实验现象，尤其是演示实验2。当笔者将实验1中直流电源的正负极对调，并让学生猜想实验现象时，学生大多认为现象与实验1一样，但当电解开始之后，学生却并未从阳极（即原实验1中作阴极的碳棒，此时表面附着了一层金属铜）上观察到气泡，反而是观察到附着的铜溶解减少了。当笔者再次播放实验1的录像时，不少同学发现了两次实验的不同：实验2的阳极上附着了金属铜，由此展开了活性电极作阳极时电极反应的讨论。

（5）即时反馈教学效果

在课堂的最后一个环节，将课前使用智能教室教学系统编制的课堂练习发送到学生平板，并设定答题时间，学生在规定的时间完成后，系统会根据设定好的答案，自动给出客观题的正确率，即时反馈教学效果。即时反馈利于教师及时了解学生的学习情况，帮助教师及时调整教学方法、教学内容和教学进度，对某些学生存在的问题也能及时给予帮助；同时，学生通过即时反馈，也能了解自身的掌握情况，维系课堂的专注程度。

此外，智能教室还有许多其他的非常实用的功能。例如，白板功能、屏幕广播、课堂实录、数据采集等等，就不再一一赘述。

三、智能教室教学实践的思考与反思

本节课是对智能教室支持下进行化学课堂教学的一种尝试。与传统多媒体教室相比，智能教室在教学内容的呈现，实验现象的展示，互动活动的展开，教学效果的反馈等方面具有显著的优势，但在实际教学中也发现，师生对智能教室系统使用的熟练程度对教学影响较大；多屏互动的实现受制于网速；智能教室所需设备多、资金投入大，现阶段难以实现教学常态化。

［1］［5］陈卫东.教育技术学视野下的未来课堂研究［D］.上海:华东师范大学,2012

［2］ 陈卫东,叶新东,张际平.智能教室研究现状与未来展望［J］.远程教育杂志,2011,29（4）:39-45

［3］ 胡卫星,田建林.智能教室系统的构建与应用模式研究［J］.中国电化教育,2011（9）:127-132

［4］ 王伟.基于电子双屏白板的“主导·主体”模式教学应用研究——以高中数学为例［D］.武汉:华中师范大学,2011

1008-0546（2017）10-0024-04

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.009