基于智慧教室环境下科学探究能力培养的教学设计研究

王莉莉

摘 要：现如今，智慧教育已成为我国教育领域发展前行的新方向，而智慧教室则是智慧教育的主要构成部分，并且对教育事业发展发挥着积极促进作用。文章以初中阶段化学课程为例，研究了在实现知识学习和技能培育的教育目标过程当中，如何把智慧教室和学生科学探究能力培育相结合，并借助智慧教室电子白板与实物展台等功能，调动学生化学学习兴趣，发掘学生学习动力，培育学生创新精神以及科学探究能力。

关键词：智慧教室;科学探究能力培养;教学设计

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 收稿日期：2020-04-18 文章编号：1674-120X（2020）27-0101-02

一、引言

在初中阶段，化学课程具有诸多重难点，学生学习起来相对困难。以气体的实验室制取为例，这节课程在知识目标方面要求学生熟练掌握二氧化碳与氧气的制取原理、实践操作与注意事项;在能力目标层面要求学生了解实验室制取气体的过程中，实验装置的选择与操作原理的规律，并学会按照实际需要，进行小组探讨，展开交流评价，并明确最优方案。所以，教师营造教育情景，科学应用教育手段，培育学生的科学探究能力，使学生领悟知识获取的路径极为重要。基于此，本文着眼于教育目标，结合智慧课堂，营造问题情景，呼吁学生交流协作，引导学生科学设计实验方案并展开探究，使其掌握科学探究的方式，培育其勇于创新和勤于实践的精神、分析问题与解决问题的能力、善于协作和积极沟通的意识。

二、智慧教室概念与理念概述

（一）智慧教室概念

所谓智慧教室，是一种典型的智慧学习环境的物化，是网络与多媒体教室的高级形态，它是凭借智能技术、物联网技术和云计算技术等建构的新型教室，这一新型教室涵盖无形的数字空间与有形的物理空间，借助多样性的智能设备辅助教育内容展现、便于教学资料获取、推动课堂交互进行，具有环境管理与情景感知功能。而智慧教室的目的在于为教育活动供给智能化和人性化的交互空间，凭借数字空间和物理空间的有机融合，远程和本地的结合，优化人和学习环境间存在的联系，在学习空间中落实人和环境的有效交互，推动泛在学习、开放式学习、探究式学习以及个性化学习的实现。从某种意义上而言，现如今多媒体教室面临的问题与教室环境设计、技术装备间存在紧密联系。重构传统教室环境，建设适宜学生学习及教师教学的全新环境，是教育事业发展的必然趋势。伴随智慧城市、智慧地球等概念的涌现及相关技术的繁荣发展，合理运用云计算技术、传感技术、多媒体技术以及AI技术等完善教室设施、优化学习环境、创建智慧型教室已是必然选择。

（二）智慧教室构成

智慧教室和传统教室存在一定差异，智慧教室作为智慧环境系统的分支，是支撑智慧教育的必要条件与智能化空间，它可以利用物联网、互联网、数据挖掘以及学习分析等方式把社会感知、物理感知与网络感知完美衔接，生成智能型教育和学习一体化的环境体系，而这一教室的组成元素是教学活动主体、教学活动条件及教学活动空间。首先，教学活动主体包含管理者、教育者及受教者。管理者是指对智慧教室实施管理、监控与维护的服务人员;教育者指的是在智慧教室当中实施教育工作的教师、助教等教学人员;而受教者即在智慧教室当中开展学习活动的关键性主体。其次，教学活动条件。基于智慧教室环境的教学活动，具有更为严谨的要求，个性化且丰富的线下线上教学资源、为教育活动服务的多元化智能终端、以大数据及物联网为依托的云平台、提供创造性与个性化学习环境的服务系统等为新型智慧教育活动的进行提供了必要条件。再次，系统环境因素。系统环境主要涵盖教育、温湿度调节、灯光控制、视频监控、自动考勤等系统。其中，教育系统是教师开展教育活动的主要系统;温湿度调节和灯光控制系统是为学生提供最智能、环保与舒适环境的功能性系统;视频监控系统是确保教育活动可靠、安全进行的保障性系统;考勤系统则是有效解决以往考勤難问题的智能系统。

（三）智慧教室功能

在智慧教室背景下，原有的学习模式逐渐转变为创新能力培育模式。智慧教室是智慧环境的物化形式，有效丰富了当前智慧教育的理论内涵及其在实践方面的应用路径，为促进智慧教育事业发展奠定了基础。首先，个性化教育功能。在以智慧教室为依托的教学活动中，教师可针对学生群体存在的个性化差异设置新的课程，从而确保学生找到适合自身学情的学习模式，同时教师还可按照学生不同性格制订针对性的学习课程。这一个性化育人模式不仅可运用在面对面的课堂教育中，还可用于远程教育中。其次，多工具教育功能。智慧教室可提供诸多教育工具便于教师选择并应用于教学中，借助多样性呈现技术，充实教育内容。同时在学习层面，可调动学生学习兴趣，推动学生进行体验式与探究式学习。在具体交互中，师生可采取自然交互的方式对交互内容展开交互，以此来落实多维度交互目标。再次，数据分析功能。借助智慧教室实施教育工作的过程当中，教师可以通过信息采集把学生课堂学习所形成的数据资源进行有效整合，并利用分析技术展开学习数据挖掘、学生信息整合以及教学数据分析，总结出异同点，明确学生的学习需求以及学习取向，为日后的学习取向提供数据支撑。

三、基于智慧教育的科学探究能力培育的教育设计

（一）教学设计思路

教育工作的最终目标并非单纯地让学生累积知识，而要使其具备知识实践应用的能力，此能力需要学生在实践探究当中培养。初中阶段化学的实验室制取气体课程中，知识容量大且知识点复杂。如果采取传统的教学形式，学生容易感到乏味枯燥，并逐渐缺失兴趣，难以达到预期效果，更无法实现学生科学探究能力的培育目标。因而，教师应适时转变教育策略，在具体教学中创造活动情境，把智慧课堂和学生科学探究能力的培育充分结合，激发学生的积极性。在课前阶段，教师要提前布置相应的学习任务，引导学生独立复习。在课堂教学期间，借助智慧教室平台所具备的即时反馈与抢答系统了解学生对过往所学内容的复习效果。随后通过层次性问题的设计，驱动学生主动思考，利用问题驱动学生持续创新，使其将实验探究作为主要方法，经过小组探讨合作、完善与优化实验计划，持续提升科学探究能力。最后，教师可把学生在学习过程中利用的智慧教室助手和实物展台等设备反馈至电子白板当中，由师生一同进行分析和评价，真正使学生感受到主动思考、合作探究与交流探讨的学习过程，让学生能运用所学内容解决具体问题，培育其学科素养和探究能力。

（二）具体教学过程

第一，复习导入，运用智慧教室调动学生的探究欲望。教师先利用课件展示出所提问题：实验室制取二氧化碳与氧气的反应原理、制取装置是什么？并利用智慧教室的抢答器选择两名学生，学生一完成问题，学生二进行点评。随后师生共同进行总结归纳，最后教师提出过渡衔接问题：实验室制取二氧化碳和氧气的收集装置若收集有毒气体，是否可以防止空气污染？这一教学环节的设计目的在于借助智慧教室的抢答器激发学生对化学课程的兴趣，运用计时器功能，让学生在规定时间内完成问题，提升课堂教学质效。提出问题，调动学生探究欲望，指导学生按照实际要求，优化实验方案，培育创新精神。

第二，实验探究，通过智慧教室落实教育互动。在此环节中教师要明确该活动的主题：探索有毒气体的收集装置如何改进。并提出问题：在有毒气体收集的过程中，如何优化装置来防止空气污染？随后进入实验准备阶段，由四人构成合作探究小组，提前将实验中可能运用的仪器与药品置于实验篮当中，以便在化学实验探究中按照实际需求自由选择。在具体实验探究当中，教师应指导学生展开组内分析、探讨，并选择适宜的仪器展开探究实验，教师则进行巡视，针对学生探究情况进行指导与点评，对方案不合理之处提出疑问，指导学生展开进一步探究，选取典型装置，运用智慧教室的拍摄功能，上传至电子白板中，并选择一名学生汇报组内实验状况。该活动设计目的在于借助拍摄功能，把学生实验探究的整个过程体现出来，以便师生形象和直观地分析探讨，在调动学生实验探究兴趣的同时，提高学生的实操能力，培育科学探究能力，改善教学成效。

（三）教学設计特色

本研究涉及的化学课程教学设计体现了新课程改革的理念，真正发挥了学生的课堂主体性，主张对学生探究能力、动手能力以及动脑能力的培育，感受知识和技能生成的整个过程与创新精神培育的过程，使学生创新以往学习模式与学习观念，从而在探究学习中形成并提升化学核心素养与探究能力。另外，在课堂教育中，重视学科教育和信息技术的高度结合，着重发挥出智慧教室的辅助功能，借助智慧教室各平台，激发学生的学习主动性，运用拍摄、实物展台与录像等功能，把学生练习与实验探究的整个过程上传至电子白板中，由师生一同分析探讨，激发了全员参加意识，加强专注力，提升了听课效果。

四、结语

以智慧教室为依托的学生科学探究能力的培育，是在智慧教室智能环境的支持下，推动学生群体开展实验探究的学习模式。在这一智能教育环境下，教师可及时、充分掌握学生学情，并灵活调整课程教育进度及内容，在实现学生科学探究能力培育目标的同时，建设高效的初中化学课堂。

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