信息技术环境下的高中化学研究性学习研究

　　研究性学习是新课程改革研究的热点之一,深入研究运用研究性学习促进课程教学有十分重要的作用.以高中化学为例,从研究性学习的特点和高中新课程教学的要求入手,辨析二者的契合,并着重探讨如何依托信息技术,采用研究性学习方式,利用其时空特性、资源丰富等优势优化高中课程教学,从而推进研究性学习在高中课程教学中的实践应用.

　　一、信息技术支持的研究性学习概念厘定

　　研究性学习从提出到目前一直受到教育界众多学者的关注.教育部印发的《普及高中"研究性学习"实施指南(试行)》把研究性学习正式作为学习方式提出来,并把研究性学习表述为"学生在教师的指导下从学习生活和社会生活中选择和确定专题,用类似科学研究的方式,主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动"[1].聂幼犁先生认为,研究性学习即为以探究的方式学习外在的客观事实及其联系,促进主体的内在发展[2].还有学者认为,研究性学习是指教师或其他成人不把现成结论告诉学生,而是学生在教师指导下自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程[3].总的来说,所谓研究性学习,是指个人或小组主动地、有选择地确定主题,解决问题,从而获取知识、技能,形成态度和价值观的学习活动.

　　信息技术支持的研究性学习体现的是信息技术在研究性学习开展的过程中重要的支持作用,主要表现为:首先,它可作为获取各种信息资源的工具.学生利用百度、搜狐等搜索引擎直接输入关键字即可快速获取所需资源.其次,信息技术能创设丰富的教学情境.教师可根据一定的学习内容,利用多媒体及网络技术创设富有趣味性、具有真实性的社会、自然情境,让学生从中获得真实的情境体验,在特定的情境中学习.通过在所呈现的情境中观察、分析、思考,激发学习兴趣、提高观察和思考能力;通过对问题情境的思考、探索,学会从中发现问题并解决问题;通过在虚拟实验环境中操作、观察现象、读取数据、科学分析,培养学生的科学研究态度和能力,掌握科学探索的方法与途径[4]125.最后,信息技术拓宽了师生交往的时空.学生还可以借助MSN、E-mail等网络通信工具,实现相互之间的会话交流、讨论协商,促进有效沟通.

　　二、信息技术支持的研究性学习操作模式

　　以创新能力的培养为宗旨,研究性学习在实施的过程中形成了特定的操作模式.有学者认为,研究性学习的操作模式为:创设情境-提出问题-讨论及解答-确定或否定-解释或修正-结论及评价-制造悬念[5].这种模式把学习的主动权交给学生,学生不再受教师限制,拥有广阔的思维空间,可以尽情地去思考、实践和再创造,真正成为学习的主人,有效地促进学生的发散思维和创新能力的培养.也有学者认为,研究性学习的操作模式应分为五步:定标-分解目标-主动围绕目标收集素材并进行初步加工-对目标进行加工-创造性加工目标[6].这种操作模式以目标为导向,同样强调学生的主体地位,注重培养学生的发散思维和创新能力.

　　两种操作模式各有其特点,我们在开展研究性学习时可根据实际情况进行借鉴.当然,目前也存在其他的操作模式,但无论哪种模式,都关注学生的主体地位,注重学生的自主或协作探究.

　　由于在研究性学习过程中存在分组研究和个人独立研究两种形式,其对应的研究性学习模式也分为两种,见图1.（图1略）

　　研究性学习模式分为以下步骤:

　　(1)在教师指导下,组织学生选择并确定研究的主题.

　　(2)制订主题研究计划.

　　(3)组织学习小组开展研究活动.

　　①选择小组合作学习的形式(讨论、角色扮演、竞争、协同、伙伴),合作交流并确定研究方案;②教师提供与研究主题相关的资源目录、网址和资料搜集方法及途径;③指导学生浏览相关网页和资源,对信息进行分析筛选;④学生形成解决问题的方案.

　　(4)成果展示.学生以研究报告的形式(电子文稿或网页等多媒体形式)向全体学生展示.

　　(5)总结性评价.教师对学生的研究性学习结果进行评价.

　　(6)形成性评价.这一评价贯穿于整个研究性学习过程,包括对学生收集和整理资料、与小组成员的讨论情况等进行全面评价.

　　三、信息技术支持的研究性学习与高中化学教学的契合

　　(一)高中化学"新"课程的要求

　　《高中化学课程标准》(以下简称为《课程标准》)指出高中化学属于基础教育课程,它对提高学生的创新思维、丰富学生的科学知识,促进学生的全面发展有着重要的作用.高中化学教学更加注重学生的个性发展,通过选修内容的学习,有利于每位学生的特长得到充分发展.此外,高中化学教学在让学生学习化学知识的同时,培养学生用化学视角认识问题,用辩证思维分析问题,进而形成科学的知识观、世界观.同时,高中化学教学还注重从学生已有的社会经验和实际生活出发,让学生认识到化学和我们的日常生活密切相关,以增加他们的社会责任感.《课程标准》给高中化学课程内容、教师和学生提出了新的要求:

　　第一,课程内容的灵活性.《课程标准》指出,为适应学生个性发展的需要,高中化学应设置多样化的课程模块,并努力开发丰富的课程资源.这就要求高中化学教学内容不能仅仅是传统的、固化的、静态的书本知识和间接经验,而是开放的、丰富的、灵活的,是满足学生个性发展需要的体验、探究的情境,是学生直接经验的获得和丰富.

　　第二,重构教师教学观.《课程标准》强调,以人为本,关注学生的个性发展,这就要求教师教学实施过程中首先应积极转变教育理念.思是行的先导,教师的教育理念直接影响其教学行为,教师应积极转变教育理念,符合课程标准的要求.其次,重建师生关系.新课程强调教师是学生学习的帮助者、引导者,这就要求教师应建立平等、民主、互动的师生关系,通过师生交往达到教与学的统一.再次,创新教学方法.新课程强调学生的自主探究,这就要求教师要改变传统的、包办的、"满堂灌"的教学方法,创新教学方法,强化学生的主体参与.最后,丰富评价方式.新课程积极倡导学生自我评价、活动表现评价等多种评价方式,这就要求教师改变传统的、单纯以考试、分数为标准的评价方式,实施面向学生发展、面向过程的多元性评价方式.

　　第三,重建学生的学习观.新课程注重学习过程、体验和能力培养,鼓励、引导学生积极探索、交流,这就要求学生改变以往简单模仿、被动接受、机械记忆的学习方式,在教师的帮助下积极主动探索,由机械学习到有意义学习转变,由封闭式学习向开放式学习,由记忆知识到理解知识,由重现知识到迁移应用知识.

　　(二)研究性学习活动的特点

　　研究性学习具有开放性、探究性和实践性的特点,是师生共同探索新知的学习过程,是师生围绕着解决问题共同完成研究内容的确定、方法的选择,以及为解决问题相互合作和交流的过程[7].

　　第一,注重开放性.由于研究性学习的起点、过程和结果均表现出不确定性[8],这种不确定性就要求教师不能对全体学生实施同一步调、固定内容的格式化教学,应突显学生的主体地位,焕发学生活力、施展学生个性、发挥学生的创造性,因此,研究性学习是开放的.

　　第二,注重建构性.对于研究性学习,其本质是建构的.强调学生在学习、探究过程中"生成",建构对外部世界的理解.

　　第三,注重合作性.知识是社会性的,学习是知识的"社会协商"[8].因此,研究性学习将合作学习方式作为其主要学习组织方式,注重合作性,让学生以小组的形式完成探究过程,通过各种小组形式引导和帮助学生"生成"知识.

　　信息技术环境下的研究性学习除了具有研究性学习的一般特点外,还具有其技术特点:首先,信息技术环境下的研究性学习具有跨时空、交互的特点.研究性学习强调全体学生的积 极参 与,相互争论,相互帮助,相互提示或 进 行 分工[4]11.其次,信息技术环境下的研究性学习具有资源丰富性、共享性的特点.最后,信息技术环境下的研究性学习还具有教学环境虚拟性的特点.

　　(三)信息技术支持的研究性学习与高中化学教学的契合

　　新课程教学是基于建构主义、人本主义的,它要求高中化学课程教学必须面向全体学生、促进学生个性发展,选择开放、灵活的课程内容,创新教学方法,丰富教学评价方式,培养学生合作、探究能力.而研究性学习的后现代主义特征及其建构性本质,使研究性学习应是建构性的、开放的、合作的.

　　高中化学课程的教学要求与信息技术支持的研究性学习的关系,就像诱导契合理论里的"酶"焙蚡"底物",二者本非完全吻合.但是,当研究性学习与高中化学课程相遇时,研究性学习活动的特征正好与高中化学课程教学所提出的要求符合,那么,研究性学习理论上就形成了与高中化学课程教学的本然契合关系.

　　四、基于信息技术的高中化学研究性学习案例设计

　　基于信息技术的网络环境能为学习者提供世界上最大的知识库、资源库,它集图、文、音、像于一体,丰富多彩的交互式人机界面,可为学生进行"自主发现、自主探索"式研究性学习创造条件[9].以高中化学《二氧化硫和二氧化碳对大气的污染》一课为例进行信息技术支持的研究性学习案例设计,主要的学习活动和学习内容设计如下.

　　(一)前端分析

　　1.教学内容分析

　　本课是人教版《化学1》(必修)教科书第四章第三节,此节除了要求学生掌握基本的化学知识外,更重视对学生环保意识的培养,增强他们对人类社会的责任感.

　　2.学习者特征分析

　　本课的教学对象为高一学生.他们求知态度认真,探索未知领域欲望强烈,已能够熟练操作计算机,并且能在信息技术环境下有效地开展研究性学习.

　　3.教学目标分析

　　知识与技能:能够通过网络探究,把握二氧化硫和二氧化氮的物理化学性质,并且能够用化学方程式进行表述,并了解对应方程式的实验现象;通过网络探究,了解二氧化硫和二氧化氮对大气污染的现状;培养通过网络获取知识的能力和研究的能力.过程与方法:了解学习化学性质的方法;初步建立从化学的视角认识事物的基本角度;掌握运用信息技术手段获取研究资料的方法与技巧.情感态度与价值观:

　　通过对二氧化硫和二氧化氮污染的研究,深刻感受化学与生活的关系,培养学生科学的环境观、资源观,提高学生对环境保护的紧迫感和责任感.

　　4.教学重点、难点分析

　　重点、难点:二氧化硫和二氧化氮的物理化学性质.

　　5.教学环境

　　多媒体网络教室,每名学生1台电脑,学生分组(4~5人)按区域落座.

　　(二)教学过程设计

　　1.情景导入

　　向学生展示有关酸雨的新闻资料:20世纪70年代,美国东北部及加拿大东南部地区的湖泊开始变质,动植物不堪忍受,大面积湖泊停止了"呼吸",成为一潭死水,情景惨不忍睹;1985年,几场雨后,我国重庆市奉节县9万亩(约6000万平方米)华 山 松 全 部 枯 死,重 庆 市 南 山 县2.7万 亩 (约1800万平方米)马尾松死亡过半.

　　使用媒体:网络视频、网页新闻.

　　设计意图:播放视频,给学生以直观形象的第一感受,激励动机,激发学生的求知探索欲望,培养学生的科学探索精神.

　　2.引导学生提出问题

　　(1)师生共同观看新闻资料后,引导学生提出什么是酸雨,酸雨的主要成分是什么.

　　教师:酸雨的危害如此之大,它是什么东西?什么原因会造成酸雨呢?

　　学生活动:带着问题阅读课本、查找网络资料,以小组形式探究和讨论,并引导学生逐步形成问题的答案:酸雨的主要成分为硫酸、硝酸……教师:硫酸、硝酸又是怎样形成的?

　　学生活动:借助计算机查找资料,找到硫酸、硝酸的化学方程式,并讨论分析酸雨的形成过程.

　　设计意图:诱发学生好奇心,引导学生提出问题.

　　(2)提出目前二氧化硫和二氧化氮对大气的污染问题.

　　教师:通过化学反应方程式我们可以看到排放到空气中的二氧化硫和二氧化氮溶解到雨、雪中,形成了硫酸和硝酸.二氧化硫和二氧化氮巨大的危害已经被我们日益关注,它们又经过什么反应对大气造成污染呢?

　　学生活动:通过小组讨论,教师引导学生再次分析化学方程式,加深对酸雨中的化学反应的理解:稀硫酸中的氢离子与硝酸结合成硝酸,硝酸与亚铁离子反应,产生氮氧化物气体严重污染空气,同时剩下的废液中含有有毒的三价铁离子,污染水源.

　　硝酸与非金属反应:能氧化C、S、P等非金属.

　　教师活动:板书相关化学反应方程式.

　　教师:酸雨对我们造成了哪些危害呢?

　　学生活动:学生通过教师提供的资源链接,查看阅读相关资料,并进行小组讨论后,形成小组意见,并做发言.

　　设计意图:设计真实问题情境,让学生将化学学习与生活实际相结合,深刻体会化学与生活的关系.

　　3.确定研究主题

　　确定本节课的研究主题:二氧化硫和二氧化氮对大气的污染.

　　4.制订研究计划

　　学生活动:小组研讨,制订研究目标、计划进度.

　　5.开展分组活动

　　教师:利用幻灯片提供如下材料让学生研讨"有一组学生在研究二氧化硫和二氧化氮对大气的污染"这个问题时,只查找了一些资料了解了二氧化硫和二氧化氮对大气的污染,并没有清楚这其中的具体原因.你们分析一下,他们的方案合理吗?

　　学生活动:分组讨论研究方案,并学会科学制定研究方案的方法、技巧.

　　设计意图:引导学生开展自主评价,并进行内归因,激励和保持学生探究欲望.

　　教师:请同学们根据讨论结果制定、修改研究方案.

　　学生活动:确定合作形式,各成员之间沟通交流,最终确定实施研究计划的具体方案.

　　教师:提供一些网站和地址供学生参考,并适时参与学生学习过程,及时给予学生帮助.

　　学生活动:借助网上资源、软件、网络平台,开展研究性学习.在这个过程中,学生们可以通过查找网站资源、课件资源、素材资源来获取解决问题所需的各种信息.同时,可运用几何画板、字处理软件等处理信息.网络平台中的E-mail、QQ聊天工具等为学生的合作交流提供便利.

　　设计意图:通过网络丰富的资源,为学生创设开放、灵活的学习环境,以满足学生的个性发展.

　　6.成果展示

　　教师:带领学生认真观看各个小组的作品.

　　学生活动:小组将所形成的方案借助多媒体展现给全体学生.

　　教师:根据学生研究情况,总结防治措施:

　　①调整能源结构,发展清洁能源,优化能源质量,提高能源利用率;②加强环境治理,强化环保执法,严格控制二氧化硫和二氧化氮的排放量;③研究、开发适合我国国情的二氧化硫和二氧化氮的治理技术.

　　设计意图:通过学习汇报,拓宽学生知识理解范围,培养学生信息处理及运用多媒体的能力.

　　7.总结性评价和形成性评价

　　教师组织学生开展自评和互评,形成观点和意见,达到意义建构的最终目的.包括研究过程中遇到的问题、困难和解决问题的情况;学生在研究性学习过程中获得的体验,研究成果的表述等;形成性评价主要对学生收集和整理资料,与小组成员的讨论情况等进行全面评价.

　　(三)总结与反思

　　从案例的试用情况来看,学生主动参与学习过程的积极性较以往有较大提高,学习结束后对所学知识的理解也更加深刻.根据试用的实际情况,笔者有以下三点体会:学生要有一定的计算机操作能力,能够上网查找资料,否则研究性学习难以开展;教师在课堂教学过程中要发挥引导作用,必须做好对学生的监督指导工作,这样才能确保教学效果;在信息技术环境下开展研究性学习,要求师生必须具备一定的信息素养,如从日常生活中获取及使用信息的能力,主动寻求信息与处理信息的能力等.

　　新课程改革强调学生创新精神和实践能力的培养,核心是促进学生的全面发展,研究性学习则为实现这一目标提供了有效的途径.借助信息技术手段将研究性学习运用于高中化学教学中,建构了相应的学习模式,并进行了教学实践应用,取得了一定的效果,对研究性学习在高中化学教学中的应用具有一定的参考作用.关于研究性学习的教学应用,还需要我们进一步研究课程教学特点,深入开展教学实践探索,最大限度地发挥研究性学习在促进学生全面发展方面的作用.

　　参考文献:

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　　[2]钟启泉,聂幼犁.历史课程与教学论[M].杭州:杭州教育出版社,2004:223.

　　[3]钟启泉,崔允漷,张华.为了中华民族的复兴,为了每位学生的发展:《基础教育课程改革纲要(试行)》解读[M].上海:华东师范大学出版社,2001:123.

　　[4]赵徽.研究性学习的理念与实施[M].北京:开明出版社,2003.

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　　[7]李培启.探究式化学课堂教学模式的构建与实践[J].化学教育,2003(5):21-23.

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　　[9]姜建文.化学教学设计与案例研讨[M].北京:化学工业出版社,2012:166.