信息技术支持下的西部地区化学实验教学变革的研究与实践

何大明

［摘 要］有效利用实验的教育功能培养学生的实践能力和创新精神，是国家人才战略的关键举措。为发展学生的化学实验创新能力，以信息技术支持下的化学实验教学改革为核心，促使信息技术与化学学科深度融合，变革化学实验课堂教学结构，优化学生化学学习方式，总结化学实验教学新模式。

［关键词］信息技术；化学实验；西部地区；教学变革

［中图分类号］    G633.8            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2023）03-0038-04

一、问题的提出

传统的化学实验教学由于受到各种现实条件的制约，教学方式不是满堂灌、全堂练，就是画实验、背实验，导致教师教得辛苦，学生学得被动，教学缺乏互动，无法体现促进学生思维发展的深层价值。2001年课程改革以来，信息技术与课程整合在国内如火如荼地铺展开来，不断涌现出新的教学方式。本研究所项目组立足西部地区普通学校，从2006年开始进行信息技术与化学整合教学的研究与实践，在积累了一些经验的基础上进一步尝试运用信息技术改革化学实验课堂，取得了很好的效果。但是在具体践行“以学生为主体，教师为主导”的信息化课堂教学时，遇到了两个方面的问题：一是教师缺乏信息化素养和信息化思维，难以引导学生自主探究学习；二是缺乏被认可的、可以借鉴的信息化课堂教学模式，以致信息化课堂教学模式难以大范围推广。

为解决上述问题，项目组反复论证、研究，提出了从西部地区生源实际出发面向未来确立育人目标。国务院2010年7月颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确指出：“探索现代信息技术与教育的全面深度融合，以信息化引领教育理念和教育模式的创新，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用。”［1］信息技术引领实验教学走进一个全新的时代，数字化实验、仿真实验室、网络学习互动平台、智能工具等为学生开辟了自主合作、交互探究、个性化学习的新天地，更为化学实验育人的改革带来了新的机遇。

二、信息技术与化学实验教学的融合进程

项目组按照“理论研究—构建模型—应用推广”的思路深入开展信息技术支持下的化学实验教学变革研究与实践，历经15年，主要分为四个阶段（见图1）。

（一）探索阶段（2006—2010年）：从信息技术与化学学科整合入手研究课例

2006年，柳州市电教站在全市开展信息化教学活动，成立了柳州市教学课件研究中心组。项目组成员积极参加各种研讨活动，反思化学教学存在的问题，展开信息技术支持的教学探索，尝试用信息技术与化学整合的方式组织课堂教学，提炼了一些优质教学案例，确立了研究方向。

（二）形成阶段（2010—2015年）：整体提高教师信息化素养，深化化学课堂教学改革

采取区域联动教研，系统培训柳州市及六县教师熟悉常用信息化软件的创新应用，提炼出了信息化课堂教学的思维技巧；关注化学实验的育人功能，探索出了利用信息技术助推化学实验教学变革的途径和方法；每年指导柳州市近百位教师参加信息技术与学科融合教学比赛并获佳绩。

（三）深化阶段（2015—2019年）：建构信息技术支持下的化学实验教学模式

依托10多项课题研究项目，构建了有效变革课堂教学结构的化学实验教学模式，形成了信息技术与化学实验教学深度融合的范式。项目组采用“名师展示推进，示范引领教学”的策略面向全国、全区、柳州市推出了33节信息技术支持下的化学实验获奖课例、100多节研究课、200多节微课，并在全区广泛开展信息技术支持下的化学实验教学培训活动，每年深入兄弟学校指导开展信息化实验教学，先后与全区、全市化学专家、同行1000多人次进行交流探讨。

（四）推广阶段（2019—2021年）：信息化化学实验教学的应用推广

项目组以自治区级课题“促进学科核心素养发展的高中化學实验教学实践研究”为抓手，选取市区、县份、乡村学校的部分初中、高中学校作为信息化化学实验教学的实践单位，开展常态化应用，并在全区、全市举行信息化教学讲座50多次，培训教师7000多人次；依托柳州市“城乡联动，一体发展”乡村教师信息技术应用能力提升工程，在西部地区组织信息技术促进课堂教学研训活动50多次，形成了“课堂示范—名师说课—培训点评—提升实践”的结构化教学研究生态场，实现学科育人。

项目组成员多次代表广西参加全国信息技术与学科融合教学现场展示活动，获专家高度赞赏，进一步促进成果的应用和推广。

三、信息技术与化学实验教学的融合成果

（一）提出了信息技术支持下的化学实验教学模式及其评价新理念

信息技术支持下的化学实验教学变革的落脚点是变革传统的课堂教学结构，即将“以教师为中心”的传统教学结构，改变为既能充分发挥教师主导作用，又能突出体现学生主体地位的“主导—主体相结合”教学结构［2］。项目构建了能实现化学实验课堂教学结构变革要求的信息技术支持下的化学实验教学模式（见图2）。

教学模式分为三个板块：一是在课前自主学习环节中，教师提前在网络平台分享有关学习资料，通过精心设计方案，推送学习任务，引导学生课前学习和思考。二是在实验探究环节中，利用仿真实验室、微课、视频等将一些难以观察的微观现象或现象不明显的实验动态展示给学生，帮助学生理解实验原理，提高学生的学习兴趣，进而让学生积极地参与课堂活动。三是在评价与交流环节中，利用信息技术记录和捕捉一些学生学习的过程与结果，并进行数据统计和评价。信息技术由只是辅助教师突破重难点的形象化教学工具，转变为既是辅助教师“教”的工具，又是促进学生“学”的认知工具、协作交流的工具以及情感体验和内化的工具，实现了课堂教学结构的根本性变革。

同时，还形成了信息技术支持下的学评融合的评价新理念，其评价流程如图3所示，即依托信息技术发布驱动性任务，伴随性采集数据，诊断评价学生的思维水平，将评价的各核心要素融于学习活动中，以学生为主体，鼓励人人参与展示、人人参与对他人的评价，让每一位学生都能在评价活动中提升核心素养，在评价反馈中改进学习。要使学评融合理念落地，就要强调学生思维的生成与作品的展示，为此，教师要利用信息技术重构育人环境，优化学与教的方式。

（二）构建了信息技术与化学实验教学深度融合的范式

从有效变革课堂教学结构的化学实验教学模型出发，根据不同的化学实验教学组织方式，形成了四种信息技术与化学实验教学深度融合的范式。

1.信息技术支持下的化学验证性实验教学范式。课前，教师制作化学实验资源包，通过网络平台发放给学生自主学习；课中，教师指导学生进行分组实验，及时纠正学生的错误操作，解答学生的疑问，指导学生完成实验报告等，或根据需要组织学生进行问题讨论、实验成果展示等活动；课后，教师及时对学生的学习情况进行调查，评估教学效果，不断调整课堂教学的实施方案。（见图4）

2.信息技术支持下的化学探究性实验教学范式。借助信息技术环境，形成以“创设情境→提出问题→自主探究→合作交流→评价反思→应用迁移”为基本流程的化学探究性实验教学范式（见图5）。

实验准备阶段：教师利用信息技术创设实验情境，激发学生的学习兴趣；引导学生了解实验目的、实验原理、实验方法，指导学生组建学习小组。

实验设计阶段：教师提出问题，让学习小组讨论分析，进行实验假设并形成实验设计思路。

实验探究阶段：学习小组分工协作进行实验探究，并对实验数据或结果进行分析解释。教师利用信息设备捕捉学生的实验探究过程，并通过同屏技术上传展示。

总结反思阶段：学习小组以实验报告文档、课件、图片、视频等方式通过信息化平台展示与分享实验结果，并进行小组间互评和教师点评。

活动应用阶段：大数据平台根据学生能力水平评价形成个性化学习手册，满足不同学生的需求。

3.“线上线下”混合式化学实验教学范式。本教学范式（见图6）借助信息化平台，在课堂上进行交互式探究教学，帮助学生在网络环境下开展自主合作探究性学习。

准备阶段：教师首先根据学生学情制订本节课的教学目标，并依据教学目标设计有效的教学活动环节；接着依据实验目的设计相关微课，可以在课前、课中以及课后使用，以帮助学生完成基础知识储备、知识拓展、小节归纳；最后选择合适的教学软件或平台进行课堂教学，例如预习阶段可以使用“美篇”“PPT”展示小组成果。

教学阶段：课前，通过平台线上发布学习任务单，让学生以小组为单位进行预习，并提出实验假设，完成初步的实验方案。在进行实验方案设计时，学生可以搜索相关素材支撑实验猜想，小组讨论分享，充分发挥线上资源的优势与集体的智慧；还可以通过虚拟实验平台分析方案的可行性与安全性，并上传小组实验方案到班级群中共享。课中，教师针对学生预设的实验方案进行点评，在需要突破的问题上鼓励学生完善实验方案后再进行实验探究与实验结果分享。课后，教师可以通过线上分享学生的实验报告、搜集的科学信息等，对本节课的内容进行总结归纳和拓展延伸。

评价阶段：通过UMU、问卷星、QQ群作业等平台，收集各个小组的实验报告与课后诊断数据，反思本节课的教学目标落实程度。也可以让学生对其他小组的实验方案进行点评，相互借鉴，以提升学生的科学探究核心素养与思维能力。

4.基于微课的实验教学范式。在本教学范式（见图7）中，微课主要以三种形式呈现，即课前微课、课中微课与课后微课，并贯穿科学探究的全过程。

（三）探索出了利用信息技术助推化学实验教学变革的途径和方法

1.加强信息技术的应用研究与突破。一是信息化软件的深度应用研究。项目组的系统研究成果包括PowerPoint、化学大师、NOBOOK虚拟实验室等辅助软件在教育教学工作中的创新应用，形成了系统的信息化思维理论，为学生课前自主学习、课中师生互动交流、课后复习巩固提供了技术支撑。

二是微课视频制作技术的突破。項目组根据化学实验微课视频要素，探索出了以培养学生的“科学探究与创新意识”为导向的微课设计基本框架，为微课融入实验教学的设计提供理论指导和方法指引，并制作了200多个化学实验微课视频发布在网络平台上，供广大教师免费下载使用。

2.开发便于推广的教学案例与课堂视频。项目组积累了近40个获奖课例，借助信息技术改进了15个教材实验，解决了教材中部分实验现象不明、原理不清的问题，形成案例视频集，并通过互联网平台与广大学校和教师共享资源，将研究成果大范围推广应用。

四、成效与反思

（一）项目研究成效

项目实施以来，得到了社会各界的认同与赞赏，《柳州日报》、《柳州晚报》、龙城教育、柳州教育网等媒体进行了大量报道，有力推动了西部地区化学实验课程改革的深化发展。

1. 突破现有的教学模式，引领全区化学实验教学改革的方向。项目探索了信息技术与化学实验深度融合的教学范式，使网络环境下师生互动、生生互动成为常态。面向全国、全区、柳州市推出30多项信息技术支持下的化学实验教学获奖作品和30次市级示范公开课。项目组成员指导区内兄弟学校开展化学实验教学10多年。

2.教师信息化素养和信息化思维显著提升。项目实施以来，立足信息技术支持下的化学实验教学，项目组完成了广西教育科学规划“十三五”课题、柳州市重点课题等7项，有效促成了自治区级5项课题立项。项目组出版专著1部，发表了与成果相关的、有推广价值的论文近20篇，获奖论文和教学设计共13篇。

3.区域教育质量不断提升。信息化课堂教学范式已在柳州市柳南区广泛开展，项目组深入课堂指导教学，定期组织研讨活动。数据表明，信息技术与化学实验教学的有机融合，有效促进了区域教研活动的开展，变革了教学形式，破解了教育难题，实验区区域教学质量整体得到提升。

4.化学实验教学生态发生了变化。项目通过现代信息技术变革学校教学形态，落实化学实验课程改革要求，以化学实验育人为目标，全面分析实验学校的化学实验教学现状，区域联动协同，为推进信息技术与课程深度融合做出示范，形成值得推广的优质教改案例。柳州市参加全国信息技术与学科融合教学活动已有16年，项目组指导参加决赛的教师突破1000名，培训教师7000多人次，带动西部地区教师不断提升信息技术应用水平和学科课程实施能力。现在很多受训教师都已成长为各个学校信息化教学的骨干，在柳州市及广西都有一定的影响。

5.项目影响力不断扩大。项目理论成果和实践成果在市级、自治区层面产生重大影响。项目 组核心成员在项目研究的过程中反复实践、验证、反思，提炼出观点、经验、策略，形成专业的表达，发表了系列论文20篇；项目组核心成员多次受邀在市级、自治区级、国家级培训活动中作专题报告，采取“送教下乡”的方式帮扶融安、融水、三江等贫困地区开展信息化教学培训10余年，培训教师超过3000人次，鄉村教师参加各类信息化教学比赛获奖300多人次。

（二）问题与反思

目前，西部地区教育信息化发展过程中仍存在诸多问题，比如很多学校把教育信息化等同于设备现代化，认为解决了硬件设备的建设问题，就是实现了教育信息化。这种观念反映出部分学校的教育理念仍然比较滞后，实现教育信息化依旧任重道远。为此，我们可以从以下几个方面入手，不断推进化学实验教学改革。

1.变革课堂教学结构，以实现学科教学质量与学生综合素质的显著提升。要根本改变传统的课堂教学结构，除了要有一整套有效的教学模式和方法，还要在信息化教学创新理论的指导下将这套教学模式和方法切实运用于课堂教学过程中。只有这样，才有可能真正改变传统的课堂教学结构，从而实现各级各类教育教学质量的大幅提升。

2.开发出丰富的学习资源。要改变传统的化学实验教学结构，除了需要有效的教学模式，还要开发出有关化学实验的丰富学习资源，以促进学生的自主学习和自主探究，为学生的协作交流以及情感体验提供素材。

3.提高教师的信息化素养。学校应建立相应的激励机制，鼓励教师应用信息技术手段进行课堂教学，重视培养教师的信息化思维，加强培训，促使教师能够在课堂中主动地应用信息技术开展教学。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）［EB/OL］.（2010-07-29）［2022-12-25］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6052/moe_838/201008/t20100802_93704.html.

［2］  何克抗.如何实现信息技术与教育的“深度融合”［J］.课程·教材·教法，2014（2）：58-62，67.

（责任编辑    罗   艳）