信息技术与化学教学深度融合的研究与实践

黄学梅，王彩荣

（长治学院 化学系，山西 长治 046011）

NETP2010（美国2010 国家教育技术计划）总结近三十年来教育领域中信息技术的应用后发现：要使教育生产力显著提高，就需要进行由技术支持的重大结构性变革，而不是渐进式的修修补补，即要使教育系统发生结构性变革[1]。

信息技术与课程整合的研究已有十多年，从理论到实践都取得了一些成绩。但研究表明，信息技术与课程整合似乎进入“瓶颈期”，一直在“浅水区”徘徊[2]。基于此，建构一种能够在教学中更好的应用信息技术的新型教学模式迫在眉睫。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》中首次提出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”[3]。《教育信息化十年发展规划（2011 ～2020 年）》指出：“教育信息化应充分发挥现代信息技术优势，注重信息技术与教育教学的全面深度融合[4]。”并首次提出了信息技术与教育“深度融合”全新观念，希望通过有效的途径和方法，破解制约信息技术在教育领域应用成效不显著这一难题。

关于信息技术与教育教学深度融合，相关研究主要集中在信息技术与语文、数学、外语等学科教学深度融合上，对于信息技术与理科教学深度融合的研究较少，同时多数研究也只是从理论层面进行了探讨，缺乏实践性的研究。文章旨在构建一种信息技术与化学教学深度融合的教学模式，并进行实践研究，以期从理论和实践上为信息技术与化学教学深度融合的研究提供一定的借鉴。

1 信息技术与化学教学深度融合教学模式的建构

2003 年，何克抗教授在第七届全球华人计算机教育应用大会上首次介绍了混合式学习的理念后，混合式学习在国内教育领域中开始传播和应用。从学习形式看，混合式学习主要为在线学习与离线学习的混合、自调步调与协作学习的混合、结构化学习与非结构化学习的混合、特定学习材料与灵活学习材料的混合等[5]。在混合式学习环境下，教学过程通常采用面对面教学和在线教学相结合的形式，慕课、翻转课堂的出现则为混合式教学和学习注入了新的血液。这种新型混合式学习环境给信息技术与教育教学深度融合提供了可能。基于此，文章构建了信息技术与化学教学深度融合的混合式教学模式。

化学是一门以实验为基础的学科，在进行理论知识教学的同时，也要重视实验的作用。下面分别从理论教学和实验教学就构建的教学模式展开论述。

1.1 理论知识部分

结合翻转课堂和相关课程的研究成果，文章给出了信息技术与化学理论知识教学深度融合的教学模式设计方案，如图1。根据课堂教学结构，分为课前活动、课堂活动、课后活动三部分。课前活动，教师设计网络教学平台上供学生学习的资源，包括电子文本、视频、PPT，微课、练习题和辅助学习相关资料等。学生根据设计的学习流程完成一系列的任务，在此期间，师生、生生可以通过网络平台、微信、QQ、邮件等进行交流。课堂活动中，教师总结学生提出的问题，采用各种教学方式引导学生分析问题、解决问题，同时师生通过交流互动总结解决问题的方法等。在课后活动中，教师可以通过相关软件引导学生对所学知识进行梳理并上传到网络平台，同时要求学生写心得体会，从学习方法到解决问题策略等方面进行自我剖析。教师之间也要进行反思交流。设置拓展性知识，使学生拓宽知识面。另外，还应为后面的学习提供准备性知识。

图1 信息技术与化学理论知识教学深度融合教学模式

1.2 实验知识部分

化学实验课与理论课的教学有着较大差异，实验课教学不仅验证概念、原理等基本知识，还包括操作性知识及技能。而学生对于操作性知识及技能单纯通过视频、PPT 等无法加以全面掌握，还需要学生通过实际操作进行体会和锻炼。利用虚拟实验室，就可以让学生在线训练实验技能。

信息技术与化学实验教学深度融合教学模式如图2。教师在课前要准备教学平台所需的学习资源，如实验原理、实验注意事项、视频、虚拟实验室相关软件、实验资料等。课堂教学中，教师要根据学生在虚拟实验操作中出现的问题以及师生交流中提出的问题进行分析并归类，进而对学生分组。学生依据分组情况操作实物进行实验，教师提供指导，完善在线平台出现的问题，学生最终形成实验报告。同时要进行实验操作的针对性测试，并进行组内与组间进行讨论，教师应总结并告知学生以后实验过程中应该注意的问题等。实验课堂结束后，学生通过在线平台对实验内容、实验操作进行梳理，形成完整的实验知识，总结实验心得，上传到网络平台，以便师生、生生之间进行交流，教师也要对学习资源设计和实验指导等方面进行反思与交流。

图2 信息技术与理科实验教学深度融合教学模式

无论是理论还是实验知识，课前和课后的教学主要是通过人与人、人与环境之间的交互作用，促进学习者自主学习、合作学习、探究学习，从而实现教学相长[6]。而课堂教学以解决问题为中心，教师通过在线平台获取问题，进而引导学生进行探究、讨论，寻找解决问题的方案，从而使学生获取知识和技能[7]。

2 信息技术与理科教学深度融合教学模式的实证研究

2.1 研究对象和工具

本研究在山西省某市一所省级示范学校的高一年级两个平行班中开展。两个班由一位有着二十年教龄的化学教师授课。实验班采用为期4个月的信息技术与化学教学深度融合教学模式教学实践，控制班采用的教学模式不变。4 个月后采用相同的测验试题和问卷对实验班和控制班同时进行检测和调查。

测验试题包括理论测试与实验试题，理论试题主要考查物质及其变化、海水中的重要元素-钠和氯、金属材料、物质结构-元素周期表四个章节的知识；实验测试分实验笔试和实验操作能力测试，实验操作能力测试依据实验步骤制定评分标准。

问卷采用自编《化学教学调查问卷》，包含交流与合作、应用与学习、课程技术和教学方式4 个维度，共36 道题目，采用里克特五点计分形式进行评定。

2.2 研究结果与分析

2.2.1 实验班与控制班各维度的差异分析

为考察实验班和控制班在各维度上是否存在差异，进行了维度差异分析，结果见表1。

表1 各维度T 检验结果

续 表

由表1 能够看出，实验班比控制班在各维度上的均分都要高，并且在交流与合作、信息技术应用、教学方式三个维度上存在显著性差异（P＜0.05）。为了更好的了解实验班和控制班教学模式的情况，对问卷选项进行了统计。

（1）交流与合作

此维度主要是调查教学过程中教师与学生以及学生与学生之间的交流合作情况。整体发现实验班交流的形式以及效果比控制班要好。如“化学老师除了在课堂上与学生交流，课后也经常使用相关平台或QQ、博客、微信等为学生提供课外辅导、讨论问题等。”实验班的学生有81%选择非常符合，12%的学生选择符合，只有7%的学生选择不符合；控制班的学生只有6%选择符合，11%学生选择不确定，83%的学生则选择不符合。这说明实验班在教学过程中，教师与学生的交流不仅仅局限在课堂上，课后还会利用信息技术手段与学生进行交流。

（2）应用与学习

“应用与学习”主要研究学生学习策略以及自我评价，如“在实验课之前，你通过网上现有的资源了解实验原理，并通过虚拟软件训练实验技能。”实验班95%的学生选择非常符合和符合，5%的学生选择不符合；控制班6%的学生选择符合，21%学生选择不确定，73%学生选择不符合。能够发现实验班和控制班实验课前学习策略不同，实验班在实验课之前就已经通过虚拟实验室对实验进行了了解与训练，这也使得控制班学生和实验班学生在实验技能上形成一定的差距。

（3）信息技术应用

“信息技术应用”主要了解教学过程中教师对信息技术的应用及其对学生形成的影响，如“在教学过程中，教师经常使用化学专用软件如模拟动态实验的化学软件开展教学”。实验班有93%的学生选择非常符合，有7%的学生选择符合；控制班有58%学生选择不符合，16%的同学选择符合，26%学生选择不确定。交流中发现，26%的学生选择不确定，是因为他们不能够确定教师在教学中应用的是否是化学专用软件。这也说明在信息技术融入课堂教学过程中，实验班的学生已经认同教师使用的软件，而控制班的学生还不清楚教师是否使用相关的软件。

“使用相关信息技术手段辅助教学对你理解知识有很大的帮助”。实验班有13%学生选择非常符合，58%学生选择符合，19%的学生选择不确定，10%选择不符合。控制班26%学生选择符合，41%学生选择不确定，33%学生选择不符合。能够看出控制班的一些学生排斥信息技术在教学中的应用，而且认为信息技术对自己的学习没有帮助，而实验班有71%的学生都认可信息技术在教学中的应用，并且认为信息技术对自己理解知识有很大的帮助。

（4）教学方式

“教师使用的教学方式有助于学生自主、探究、合作，并能够更好的掌握知识”。实验班有9%的学生选择非常符合，42%的学生选择符合，21%的学生不确定，其余学生认为不符合。控制班的学生有15%的学生认为符合，53%的学生不确定，19%的学生选择不符合，13%的学生选择非常不符合。说明在控制班中学生自主、合作的机会很少，也不利于知识的掌握。

“你最喜欢化学课教学中哪些方面，哪些方面有助于你理解知识？”其中选择排名前五项的如表2。从表中能够看出信息技术在实验班中更受学生欢迎，学生喜欢面对面交流与非面对面交流相结合的方式。另外相比实验讲授，学生更喜欢模拟练习实验技能。而控制班学生喜欢课件上的相关资源，说明学生非常希望信息技术应用于教学中。

表2 实验班与控制班喜欢化学教学对照表

从以上分析可以看出，实验班的学生在教学中越来越认同信息技术在教学中的作用；在交流与合作方面更愿意面对面交流与非面对面交流结合；对教师采用的教学模式能够接受；多数学生认为信息技术能够促进自己自主、合作、探究学习，有助于自己知识的掌握。而控制班在交流、信息技术在教学中的应用等方面的认可度较小，还是认同课堂教学的讲解。

2.2.2 实验班与控制班成绩分析

通过对实验班和控制班最高分、最低分、平均分、各个分数段人数及差异性检验值的对比，分析信息技术与化学教学深度融合的教学模式对学习者学习成绩的影响，研究结果如图3、图4和表3 所示。

图3 学生理论成绩分布图

图4 学生实验成绩分布图

表3 化学成绩T 检验结果

由图3 可以看出，实验班理论成绩最高分为96 分，最低分为63 分，平均分为80.096，均高于控制班学生。控制班有1 名学生不及格，从整体看大部分学生处在70-89 分之间，成绩分布相对均衡。

由图4 可以看出，实验班实验成绩最高分为91，最低分为67，平均分为80.135，均高于控制班学生，整体上看到，大部分学生处在70-89之间。

由表3 能够看出，实验班化学理论成绩均分比控制班高，但是不存在显著性差异（P ＞0.05），说明信息技术与化学教学深度融合的教学模式对学生化学理论学习成绩的提高有一定的作用。

实验班化学实验成绩均分比控制班高，而且存在显著性差异（P ＜0.05），说明信息技术与化学教学深度融合的教学模式对学生实验学习成绩的提高影响较大。

2.2.3 各维度对化学成绩的影响

为了更好的了解信息技术与化学教学深度融合对学生学习化学成绩的影响，以交流与合作、应用与学习、课程技术、教学方式为自变量，学生化学成绩为因变量进行多因素方差检验，学生化学成绩为理论成绩和实验成绩的均分，结果见表4。

由表4 可知，学生化学成绩存在显著的信息技术应用与教学方式差异。学生化学成绩还存在着应用与学习和信息技术应用交互显著性差异、信息技术应用和教学方式交互显著性差异、应用与学习、信息技术应用、教学方式交互的显著性差异，交流与合作、应用与学习以及其他交互不显著。

表4 化学成绩多因素方差分析结果

3 研究结论与建议

3.1 研究结论

3.1.1 实验班在交流与合作、信息技术应用、教学方式等维度上均分均高于控制班，且差异显著。

从相关数据能够看出，实验班在交流与合作、信息技术应用、教学方式等维度上均分均明显高于控制班，尤其在课程技术这一项中最为突出。说明这种教学模式突出了学生的主体性地位，教学过程中学生能够自主参与、自主合作，同时融入信息技术，使信息技术与教学深度融合，这种教学模式更有利于学生获取知识，也体现了信息技术对教育教学的深刻影响。

3.1.2 实验班测试成绩均分高于控制班，理论成绩不存在显著性差异，实验成绩存在显著性差异。

实验班平均分高于控制班，理论成绩不存在显著性差异。可能有两方面原因：一是信息技术与化学教学深度融合的教学模式在学生合作与交流、信息技术的应用等方面得以有效体现，但是过程性的优势在成绩上体现不明显；二是这种教学模式在实施过程中可能受技术缺乏或使用等因素的影响，致使信息技术与化学教学深度融合的教学模式效果体现不明显。实验成绩存在显著性差异，原因可能是实验班学生课前已进行了虚拟实验室的训练和教学平台上有关资料的学习，使其在上课前对实验原理、操作等掌握较好。

3.1.3 信息技术应用、教学方式对学生化学成绩影响显著，应用与学习和信息技术应用交互、信息技术应用和教学方式的交互、应用与学习和信息技术应用及教学方式的交互对学生化学成绩有显著影响。

进一步分析可以看到，信息技术应用、教学方式对学生化学成绩的影响显著，这说明无论是化学实验现象的辅助演示，还是化学抽象知识的理解，都需要以合理的教学方式为基础，并辅之以信息技术的教学手段。同时也充分说明信息技术应用、教学方式对教学具有重要作用。另外应用与学习和信息技术应用的交互、信息技术应用和教学方式的交互、应用与学习和信息技术应用及教学方式三者交互对学生化学成绩有显著影响。可以看到信息技术应用对学生成绩影响非常明显，说明教学需要融入信息技术。所以针对平台应用、课前视频学习、在线答疑、课后QQ、微信应用、资料上传、课后问题处理、理论知识与实验知识的学习等环节中可能出现的问题，信息技术均体现了其巨大的作用，这种应用使学生学习可以突破时空的限制，极大提高了学生学习的效率。

3.2 建议

3.2.1 更新教学理念

面对人类文化传播的第四次革命——信息化、网络化，教师的理念需要更新。教师不再仅仅是课堂教学的执行者，还是整个教学的设计者、学生学习的指导者、促进者、参与者与信息技术的融入者。教师要不断更新教学理念，灵活运用信息技术，调整课堂结构，通过面对面与非面对面结合，促进学生更好地接受知识。

3.2.2 构建新型教学方式

信息技术与化学教学深度融合的混合式学习教学模式首先要求教师将信息技术融入到教学和学生学习之中，建立起一种泛在式教与学的环境，拓展学生学习时空，同时应加强相应平台的建设，确保学生自主学习的效率。另外，教师要借助于信息技术，以问题为驱动，化结果为过程，灵活融入信息技术等，提高教学效率。

3.2.3 提升教师信息技术应用能力和学生数字化学习能力

为了能够较好开展信息技术与化学教学深度融合的教学模式，同时为使学生能够适应网络条件下的混合学习，掌握在线学习的能力，并通过信息技术与化学教学深度融合教学模式提升课程与教学的质量和效率，教师应提升自身的信息技术应用能力，包括课件制作、视频制作、资源上传、在线答疑、微信等的使用。教师要胜任每一环节，并能灵活运用信息技术解决学生提出的问题。其次，要培养学生信息化条件下利用平台或网络等进行自主学习的能力，开设相关课程帮助学生适应信息技术环境下的自主学习，形成新的在线参与式学习文化。