依托数字教材进行教学设计的实践研究

周业虹

随着信息技术的发展，平板电脑、智能手机等设备得到普及，电子阅读已经成为人们日常生活和学习的重要组成部分。数字教材作为一类面向教育教学的特殊电子书，越来越受到人们的重视与关注[1]。所谓数字教材，是指符合国家课程标准，在纸质版教材内容的基础上，嵌入丰富的教育资源，能够在多媒体上运行的一种新型数字化产品[2]。它改变了传统纸质教材的呈现方式，不仅做到了资源立体化，而且有效地实现了知识的共享。

一、数字教材及其应用意义

1.关于数字教材

数字教材是以纸质版教材为依托，严格遵循纸质版教材的编写体系，在呈现学科知识的基础上编制的电子教科书。与纸质版教材相比，数字教材具有提供立体视频资源、平面图画、仿真实验室、交互式习题等功能，使教材真正具备了知识直观化、交流互动化、利用无限化、平台网络化等特点[3]。因此，在中学教学中引入数字教材，可以为教学提供更大的支持，达到更好的教学效果。

2.数字教材的应用意义

(1)调动学生学习的积极性

数字教材中的资源生动活泼，有关实验内容的视频操作准确、现象清晰，学生可以通过观察并分析鲜活的实验现象获得知识、提升思维能力。资源内容丰富全面，拓宽了学生的视野，使学生更多地了解学科知识在社会中的价值。交互式习题的设计，特别是其中的讲解可以让学生通过练习知其然也知其所以然。这些都激发了学生的学习兴趣，调动了学生学习的积极性。

(2)提升学生的学习能力

目前，正在大力倡导课堂教学方式改革，翻转课堂是其中一种重要的形式。利用翻转课堂进行教学，可以充分发挥学生的主体作用，让学生主动获取知识，这无疑有助于学生学习能力的提升。数字教材的使用可以更好地实现课堂的翻转，因为数字教材中的立体资源学生可以随时观看，它也可以为翻转课堂提供测评等教学活动支持。教师可以根据学生的实际情况，利用数字教材的这些特点在课前给学生布置学习任务，让学生提前进行学习，并且利用测评工具及时对自己的学习情况进行测试。在此基础上进入课堂教学后，一方面可以结合课下学习时的困惑跟教师展开讨论，另一方面可以结合教师提出的更深层次的问题进行思考，以此使得学习能力得以不断提升。

(3)发展学生的个性特长

学生的学习能力不同，兴趣点也有差异，面对数字教材提供的丰富的素材资源，学生在自主学习时，可以根据自己的喜好，有选择地学习其中的数字资源，由于针对性强，可以使学生在原有的基础上都得以发展。教师在备课时同样可以依据所教学生的特点、认知层次合理地选择与组合数字资源；根据教学的需要，也可以自行补充、添加资源，使其更好地为学生的成长服务。

二、依托化学数字教材设计教学

《普通高中化学课程标准(2017年版)》明确指出：“应鼓励教师运用信息技术提高课堂教学效率和质量，强化信息技术与化学教学的深度融合，促进教师教学方式和学生学习方式的改变。”在大力倡导发展学生的学科核心素养的今天，如何充分利用数字教材的教学价值设计课堂教学，使学生正确理解化学知识并合理应用于实际问题解决，最终发展其学科核心素养。

在多年的教学实践中，发现在使用数字教材进行教学设计时，可以采用“情境→探究→建构”的教学方式，即：利用数字教材提供的资源创设教学情境，把学生放在这些真实的情境中学习知识；利用数字教材中的资源带领学生进行探究；最终引导学生建构相应的化学知识。这种教学方式可以极大地发挥数字教材的教育功能，达到教学目标。下面以义务教育人教化学数字教材进行教学设计为例进行分析。

1.质量守恒定律[4]

质量守恒定律是人民教育出版社出版(以下简称“人教版”)的九年级上册教材中的重要理论内容，是正确书写化学方程式及进行定量计算的基础。学生在积累了氧气、水等物质的性质和用途，分子和原子等化学基本概念，化合反应、分解反应等化学反应基本类型之后，从定量的视角开始研究化学反应中物质间的关系，学会用化学方程式这一符号表征化学反应，进而认识化学反应的微观本质，逐步建立宏观与微观相结合的思想。在质量守恒定律的学习中，学生面临的难点问题是如何理解“参加反应”及反应体系需要“密闭”。结合“情境—探究—建构”的教学方式，教学设计如下。

【情境】可将以下化学史资源添加到数字教材中，利用该化学史创设情境：1673年，波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后金属质量增加了，因此认为化学反应前后物质总质量不相等；而1774年，拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的分解和合成时，发现反应前后各物质的总质量相等，因此认为化学反应前后物质总质量相等。由此使学生产生认知冲突：到底化学反应前后物质的质量是否相等呢？在此过程中，有意识地融入了科学态度与社会责任核心素养。

【探究】在该活动中，可利用数字教材中的资源带领学生围绕质量守恒定律中的重点和难点问题从不同角度进行多次探究，直至最终得出相关结论。

探究1：化学反应前后物质的质量相等吗？

教师可以利用数字教材中的视频—以在密闭容器中的红磷燃烧实验为载体，引导学生观察在密闭容器中红磷燃烧前后物质的质量相等，之后运用数学工具带领学生分析反应前体系中的化学用品及反应后体系中的化学用品，根据实验现象分析哪些物质质量相等，初步分析得到实际参加反应的物质的质量关系，初步建构分析化学反应的思维模型，融入证据推理意识的培养。

探究2：化学反应前后哪些物质的质量相等？

教师可以利用数字教材中的视频—在密闭容器中铁与硫酸铜溶液的反应让学生观察现象，模仿教师在红磷燃烧反应前后质量关系的分析方法，继续运用数学工具分析反应前后体系中的质量关系，根据实验现象最终正确认识“参加反应”这4个字的实际含义，同时，融入证据推理意识的培养。

探究3 ：为什么在有气体参加或生成的化学反应中，研究质量守恒关系一定要强调在密闭容器中进行？

此时教师可以设计学生分组实验，让学生利用敞口容器和密闭容器分别进行碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳气体的实验，并引发学生产生认知冲突，从而引导学生关注在有气体的反应中密闭容器的重要性，完善学生对质量守恒定律的认识。这培养了学生获取证据进行推理、变化观念与平衡思想的核心素养。

【建构】在学生得出质量守恒定律之后，教师要进一步带领学生从微观的角度理解这个定律。可以利用数字教材中的动画—电解水的微观动画，让学生观看动画，从中获取信息：在反应前后，物质、分子种类、分子数量有变化，原子种类、原子数量无变化。化学反应时，原子进行了重组，所以反应前后物质的质量不变；帮助学生建立宏观和微观结合的思想，并进一步培养学生获取证据进行推理、变化观念与平衡思想的核心素养。由此，真正建构了质量守恒定律这一重要内容。

案例评析：从质量守恒定律的教学案例可以看出，在突破参加反应、密闭容器这两个教学难点的过程中，数字教材提供了丰富的立体资源，教师可以结合这些资源，引导学生完成探究活动，层层剥离，带领学生深入理解化学反应中质量守恒的宏观内容和微观本质，最终使学生提升认识、发展学科核心素养。

2.二氧化碳制取的研究[4]

二氧化碳气体的制取研究是《义务教育化学课程标准(2011年版)》中科学探究的内容。这之前，学生在第二单元中学习了氧气的制法，初步形成了实验室制取气体的一般思路，初步学会了如何连接仪器、组装实验装置。但是在氧气的制取研究中，限于学生的认知水平，教材重点强调了制取氧气的原理，而对于试剂的选择、装置的选择没有过多描述。因此本节课的学习要达到的目的是使学生尽快地从简单模仿到有目的完成实验，学会选择反应物，并依据反应物的状态和反应条件选择试剂、装置，进一步学会组装实验装置，最终形成实验室制取气体的思路和方法，为高中阶段继续学习氯气、氨气、乙烯等气体的制备打下基础。

本节课学习的重点在于反应物的选择、仪器的选择与组装。为突破教学重点，结合“情境→探究→建构”的教学方式，设计了如下教学方案。

【情境】提出问题，让学生回忆并分析所学习的能生成二氧化碳气体的全部反应，引出制取二氧化碳气体原理的讨论，引导学生从反应物廉价、易得，产物纯净或易分离、无污染，操作简单、反应迅速等方面进行评价。在此过程中，融入证据推理的素养教育。

【探究】为了形成正确制取二氧化碳气体的方法，可以设计如下3个探究活动。

探究1：选择制取二氧化碳气体的试剂。在这个活动中，教师先给出了碳酸钠粉末、大理石颗粒分别与稀盐酸、稀硫酸反应的相关资料，让学生从资料中获取定量实验数据，初步筛选出实验室制取二氧化碳气体的试剂。之后将拍摄的实验视频添加到数字教材中，作为资源播放给学生，让学生观看视频，做出定性比较，教师实时评价，引导学生得出实验室制取二氧化碳的合理试剂和反应原理，并使学生理解选择的依据，同时融入证据推理意识。

探究2：如何选择实验室制取二氧化碳的装置？教师带领学生回忆实验室制取氧气的装置特点。然后根据仿真实验室提供的仪器和用品选择、设计并组装制备二氧化碳气体的装置。教师在课堂上实时将学生组装的过程呈现到屏幕上，并实时评价，做到学生的学习过程可视化。最终，教师将组装好的、正确的装置呈现给学生，引导学生分析每一部分装置的作用、选择的依据等，并学会对已知的实验装置进行评价，形成制取气体的一般思路和方法。由此，帮助学生建构制取气体的模型。

探究3：动手实验制取二氧化碳气体。教师让学生根据仿真实验室中设计出来的制取二氧化碳气体的装置，实际动手操作，组装装置、制取气体、检验气体是否收集满，体验制取气体的全过程，进一步完善气体制备模型的建构。

【建构】通过上述学习，教师带领学生总结出了实验室制取气体的一般思路，即：确定试剂和原理，依据反应物的状态和反应条件确定发生装置、依据气体的性质确定收集装置，根据气体的性质确定检验方法。在形成基本思路和模型之后，教师将学习提升到了更高的层次，即带领学生解决陌生气体的制备问题。教师提前将氨气的性质及制备原理的相关资料添加到数字资源中，让学生阅读资料，获取信息，选择氨气的发生装置、收集装置，根据气体有毒的信息，分析得出需要增加尾气处理装置等，渗透了科学态度与社会责任这一核心素养。

【案例评析】在“二氧化碳制取的研究”教学中，分为以下几个层次：首先学习制取二氧化碳气体试剂的选择、仪器的选择与连接，初步建构制取气体的一般思路；其次由二氧化碳气体拓展迁移到陌生气体的制取装置的选择，进一步完善制取气体的一般思路；再进一步拓展到未来学习制取气体时可能关注的更为精细的问题，为日后的学习打下基础。为此，教学中教师不仅利用了数字教材本身提供的资源，结合学生的实际，教师又添加了一些资源，这些资源从定性、定量两方面让学生获得二氧化碳制取的相关知识，有力地发展了证据推理与模型认知这一学科核心素养。

三、结语

《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中提出了“信息技术与教育融合发展”的目标。在时代教育不断发展的过程中，数字教材由于具有立体资源丰富、素材形象生动、交互性强等特点，被越来越广泛地应用到中学课堂教学中来。化学学科以实验为基础的特点深受学生喜爱，而数字教材中与实验相关的资源的使用弥补了部分学校条件的不足，给学生更自主灵活的学习空间。因此将中学化学课堂教学与数字教材相结合可以实现更理想的教学效果，更好地发展学生的学科核心素养。