现代信息技术与中小学各学科教学整合的研究

化学学科子课题中期研究报告

执笔人   黄冬芳

    自2002年6月，“现代信息技术与中小学各学科教学整合”课题正式立项以来，随即成立了化学学科子课题组，由15名中心组成员及14所实验校组成。一年多来，化学子课题组完成了子课题立项、课题方案的制定、前期调研及大量研究课等工作，本文择其重点进行介绍和说明。

    一、确定子课题题目

    依据化学学科教研发展的需要，我们确定子课题题目为“现代信息技术在促进学生探究学习的中学化学教学中的应用研究”。其中有两点需要说明。

1。为什么要突出“促进学生探究学习”？

    《国家基础教育课程改革纲要（试行）》中明确指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”其中，促进学生学习方式的变革是核心，也是主要目的。同时，在教育部新颁布的中学化学课程标准中，无论义务教育还是高中教育都将探究学习作为课程改革的突破口和最大特色。由此可见，倡导突出探究学习的多元化学习方式是中学化学课程改革和课堂教学改革重中之重。

    2。为什么要强调“应用研究”？

    近五年来，北京市举办了多种大型教研活动，以促进信息技术在中学化学教学中的普及（见表1），从了解和初步应用阶段逐渐发展到整合和创新阶段，研究的重点要落在与教学紧密结合的应用方面。

表1    北京市中学化学与信息技术教研活动一览表

l         结合“牛津－剑桥杯”教学软件（化学）应用大奖赛，化学教研室进行了调查和访问，调查报告分为三个教师、学生和软硬件三个部分，已在《化学教育》、《学科教育》、教科院院刊、《北京教研》等刊物发表，调查表明这次活动的确促进了全市化学CAI的发展，很多学校为了参加这次活动购置了大屏幕和化学软件等，参加活动的教师在教学能力上有了很大提高。

l         软件制作虽然不是教师的特长，但通过前面的活动反映出商品软件不适合化学课堂教学使用，很多化学教师自学进行软件的研制，为了交流这些成果和软件特组织了全市的软件比赛，比赛反映出以下几方面问题。

（1）北京市有一大批化学教师具有较高的计算机水平，可以制作不同类型的软件，但制作较高水平的软件在技术力量还显薄弱，而且花费时间、精力、财力过多。

（2）参赛的软件以演示型软件为主，占90%，有关晶体结构的软件就达7个之多；工具类软件较少，只有2 个；网络技术开发的软件只有1个，软件类型过于单一，软件内容也过于集中。

（3）由于经济和组织的问题，比赛推选出的优秀软件不能尽快推广到全市，不能很好地进行资源共享，北京市大部分教师还没有见过这些软件，还在重复、低水平制作。

l         与北京教育学院合作编写《计算机辅助化学教学》，包括基本CAI理论、两个软件平台的使用方法、CAI教学设计、CAI评价、CAI教学方法等内容，为了更好地培训教师应用计算机技术进行化学教学。教研部门与教育学院合作开展各种活动和培训课程，以尽快提高教师CAI水平。

    以上活动促进中学化学教学与信息技术结合进入了了解阶段和初步应用阶段，即教师开始认识技术、学习使用技术，但是他们在心理上对技术还是抵制着、怀疑着，甚至挣扎着，课题教学仍然是教师主导着的，技术并没有对教学的常规造成影响；教师再经过应用、反思、学习以后，在自制软件的过程中逐渐获得了技术应用的自信，掌握了一些技术应用的方法，也尝试应用到课堂教学中但仍以技术辅助教师讲授为主要课堂教学组织形式。

    经过以上两个阶段，研究和实践将进入整合阶段，即技术开始改变常规的教学组织和课堂结构，教师开始调整自己的角色，更多的作为学习的帮促者而不是知识的灌输者。同时，一部分走在前列的教师可能进入创新阶段，即教师对技术可以说是应付自如，能够根据自己的教学实践创造性应用技术，设计技术整合的教学活动和学习环境。新课题的成立，就是要促进广大化学教师进入整合和创新阶段，在教学实践中探索新教学模式的形成，新教学策略的改进，新教师能力的构建，确实实现信息技术与化学教学的有效整合。

    二、制定子课题研究内容

    在确定了子课题题目的基础上，我们制定了具体的研究内容。

1．依据化学学科教学特点及学生化学探究学习特点，分析信息技术与教学内容呈现方式、学生探究学习方式、教师教学方式和师生互动方式有机结合的理念、形式、内容及操作样例。

初步研究成果已经撰写成论文《关于信息技术与中学化学教学整合的初步探讨》，并收录在教研中心编辑的《北京市中小学信息技术与学科教学整合的调研报告》一书中。

2．研究化学学科中学生信息素养类教学目标的特点和具体内容，及其与化学学科教学目标的联系。在教学设计中，将信息素养的培养作为重要因素渗透入学科教学过程中。

诚然，信息技术与学科教学整合还没有达到与学科课程完全整合的程度，将信息技术的应用及信息素养的培养纳入学科教学目标体系中是深入开展整合的必要基础。无论是学年、学期、单元，还是课堂教学目标的制定，除了考虑学科知识、技能，科学素质等方面外，还应有意识地分析信息素养的相应目标。

在教学设计中，不能仅仅将信息技术作为教学的一种手段，更重要的是将学生信息素养的培养有意识地贯穿于整个教学过程中，并将课堂教学与课外学习有机地结合起来。

3．研究和探索如何应用信息技术促进学生化学探究学习的教学策略，包括教学原则、教学模式、教学方法和实践中的问题，并提供典型案例。

初步研究成果已经撰写成论文《应用现代信息技术促进中学化学探究性学习的教学策略研究》，在“全国首届中小学基于网络环境的教与学研讨会”获一等奖。

在此基础上，子课题将针对不同类型的探究学习，研究适用性更强的应用信息技术的教学策略体系，并提供更丰富的教学案例。

4．在实践总结的基础上，提出化学教学中应用信息技术的硬件环境要求、软件评价标准，并推荐若干较适用的教学平台、网络资源、资源库等。

（1）明确技术方面的研究原则，不主张化学教师完全自制软件，而要鼓励教师充分利用社会资源和现有条件，依据教学情况作适当修改、调整和完善。

（2）要依据化学教学的特点和需要，制定初步的硬件及软件标准，为建设硬件环境，选择使用软件提供参考。

（3）要多了解现有市场有关软件情况，了解当前化学教学中使用软件情况，及教师自制软件的情况。

（4）要在实践中使用推荐的平台和资源库，并总结归纳实用经验，包括应用技术、软件缺限、操作注意问题等。

其中第3方面是主要研究内容，采用行动研究法，14所实验校近百位化学教师即是研究者，又是实践者。同时，通过其他市、区级学科教研活动普及课题研究思路和理念。在这些活动中，我们不再将教师的信息化专业知能强调为技术能力，而是以课程为主、以教学为主的技术整合能力，包括设计整合技术的课堂活动和学习资源，以及实施技术整合的教学。   

    三、技术整合型探究学习教学策略研究及典型课例

    经过一年多的研究和实践，尤其通过大量研究课活动，我们总结出4种在中学化学教学中常见的技术整合型促进探究学习的教学组织形式（按技术应用的主体和技术类型分类），并对其适宜的教学内容、教学目标及教学策略进行了较系统和全面的探索，本文对其仅做简介（另有文章详细阐述）。

    1。教师演示型

    这种教学组织形式是指教师操作并控制计算机，学生观看屏幕。需要特别指出的是，教师演示并不一定就是以教师讲解为主的接受学习，教师演示是指一种展示教学内容的方法。在探究学习过程中，教师演示也是常用、有效的利用信息技术的方式。它适用于展现微观教学内容和变化过程，适用于一般的教室条件（即有一台计算机和大屏幕）。教师演示所用的软件应注意其交互性，要为观看的学生提供尽可能大的思维空间和探究思路，应注重展示促进思维过程的材料，而不是只展示探究的结果。

    例如，北京9中冯静老师主讲的《晶体结构》就是典型的教师演示型研究课。课前，教师与计算机专家合作制作了交互性较强的软件，其中的局部放大、任意旋转、随时重复等功能为学生全面观察晶体结构创造了更大的可能性。虽然教学中是以教师操作计算机为主，但教师尽量满足不同学生的需要，并适时通过调整观察角度来启发学生思维。

    2。学生应用工具软件型

    这种教学组织形式是指学生个体（或3人以下小组）操作计算机，使用工具软件解决某些化学问题。化学学科常用的工具软件有文字处理软件（如Word）、数据处理软件（如Excel）、图像处理软件（如ACD/3D分子结构绘图）等，有些软件学生在信息技术课上已经学会使用，有些软件简便易用，经过短期培训即可。它适用于问题明确的、与信息技术密切相关的问题教学，一般在计算机教室（有30台以上PC机）内进行。在教学中，教师布置一个探究任务，并提供必要的材料和工具软件，学生通过使用软件处理信息，得出探究结果。这类教学的探究空间较大，要求学生信息技术水平较高，教师要注意点、面结合的指导和帮助。

    例如，北京5中左京平老师主讲的《元素周期律》就是典型的学生应用工具软件型研究课。课前，教师将约30种元素的相关数据无序输入Excel电子表格中。课上，教师布置探究任务，让学生利用Excel的排序、绘图等功能进行数据处理，以发现其中的规律。这是一个开放性很大的问题，每个学生都有丰富的想象、操作和思维的空间，每个学生应用不同的软件功能可以绘制出不同的图表，通过对这些图表的讨论，学生清楚观察并体会到元素性质周期性的变化规律。学生发现的规律比教材上写出的还要多，很多学生将软件拷贝回家，继续研究。

    3。学生合作Web quest型

    这种教学组织形式是指学生小组（5人以上）利用网络资源收集相关信息，并制作成演示文稿，在课上分小组汇报、讨论。它适用于课内外结合教学（如研究性学习），探究任务比较大，信息容量较大的内容。学生可以在课下上网查找资料，也可以在网络教室中进行教学，汇报时用一台计算机和大屏幕。在教学中，教师布置的探究任务不要过大，仍应以围绕教学大纲和教材为主；教师要提醒学生网络操作的注意事项，要指导学生学会合作和有效合作。

    例如，北京12中李莉老师主讲的《环境保护》就是典型的学生合作Web quest型研究课。课前，教师按探究任务水污染及治理、大气污染及治理将全班学生分成4个小组。学生利用课余时间上网收集各种资料，包括文字报道、图片、数据、科学文献等，准备了一些有待全班讨论的问题，再制作成条理清晰的多媒体演示文稿。课上，分4个小组进行汇报，并提出问题大家讨论。有的同学还将这些资料制作成网页，将其作为一个长期探究的主题。

  4。结合化学实验型

    这种教学组织形式是指在化学实验教学中，应用信息技术进行探究学习。化学实验是学生进行化学探究学习的重要工具和手段，在某些情况下，应用信息技术可以提高化学实验教学效率，是化学实验是补充手段。如果要与实验过程相结合，在传统化学实验室中需要添加计算机等设备。信息技术结合化学实验有两种类型应给予提倡和发展。

    （1）应用软件设计实验装置。例如，昌平二中李振玲老师主讲的《氨基酸分子的测定》就是利用实验装置设计软件，探究燃烧法测定氨基酸元素组成的最佳实验装置。这个软件可以由教师操作，也可以由学生操作。软件提供了一些基本实验仪器和药品，学生选择后进行组装，还可以进行修改和补充。很多软件公司和化学教师都已研制出不同的实验设计软件，各有特色，希望教师们能选择使用，提高学生设计实验的能力。

    （2）应用软件处理实验数据。例如，宏志中学赵勇老师主讲的《氯水》就是利用TI图形计算器及其探头测量实验数据并定量处理，学生用探头测量不同放置时间的氯水的pH值，并将测量数据输入计算器中，绘制出函数图像，观察随时间变化，氯水pH值变化的规律，并用化学原理进行解释。用数据处理软件辅助化学实验是实验定量化手段之一，有利于提高学生的实验分析能力，提高中学化学实验的水平和质量。

    在教学实践中，我们还经常将以上4种类型结合使用，即综合应用型。其中，教师利用PowerPoint软件制作演示文稿展现教学内容是应用最普遍的形式。

    四、对今后研究的建议

    该课题研究还有近1年的时间，即使结题后，随着课改发展和信息技术的日新月异，信息技术与化学教学整合也仍将是重点和热点问题。在前段研究和实践的基础上，我们提出以下建议。

    1。注重促进教师信息化教学能力的提高

    众所周知，在教育的各种要素中，人是第一要素。教育信息化、新课程改革的实施等，如果离开了教师的参与，都不能成功。正如英特尔公司首席执行官由贝瑞特博士所说，“计算机不是什么神奇的魔法，而教师才是真正的魔法师”。前期调研（2001年）的结果说明，“大部分教师只是偶尔使用，还有三分之一的教师从未在化学课上用过计算机”。45岁以下的化学教师90%都已通过计算机水平考试，具备了一定的技术能力，关键是应用于课堂教学的意识和技能。在今后的课题活动中，要重视教师信息化教学能力的提高，尤其是设计整合型探究学习教学的能力。除了“讲座型”的培训外，应增加同辈指导、教师做研究、案例分析等形式的活动，使教师在实践中提高能力。

    2。突出新课程背景下的化学学科特色

    新课程标准已经明确地将培养学生的信息素养列在了化学教育目标中，并力图在教材编写、教学过程改革中充分体现。我们的课题研究，应多关注新课程中对信息技术整合的要求，并使技术整合成为促进化学新课程改革的重要途径。高中新课程为学生提供了必修2个模块和选修6个模块的课程，学生有了更大的选择空间，在很多选修模块中对学生的信息素养要求更高了。例如，《实验化学》模块中很多实验定量化程度提高，而信息技术是提高定量水平的重要工具。原有的化学实验室不能满足综合性、定量性、合作化实验的需要，建立一种集化学实验、实验资源库（如工具书、图书、文献资料等）、计算机网络于一体综合实验室是新课程的需要。我们在课题研究中，可以在一些有条件的学校中进行试点。再如，《化学与生活》和《化学与技术》模块中很多学习内容不局限于教材，可以方便地取之于网络信息，建立这样一个网上资源库是教师和学生的需要，也是新课程建设的必备条件。我们在课题研究中，就可以有意识地积累这些资源，建设相关网站，为今后新课程的实施做准备。

    3。加强整体课程设计和单元教学设计及其实践

    信息技术与化学教学整合的目标是在常规教学中有机的、有效的应用信息技术，提高教学质量。我们的课题研究还局限于若干研究课和个别学校、教师的实践，尤其缺少中学阶段整体的课程设计，缺少与信息技术课程及其他课程的协调设计。今后的课题研究，应从加强单元教学设计及实践入手，站在更全面、更系统的角度上考虑课程整合。例如，在有机化学教学单元中，可以从培训师生ACD/3D软件的使用入门，从有机物的命名、结构、同分异构体的书写进入，深入到典型有机物和官能团性质的学习，最后再初步了解有机物合成的思路及物质结构推断的方法。在这个教学过程中，计算机成为师生探究有机物的重要工具和手段，可以准确地观察物质立体结构，方便地书写结构式和化学方程式，推导物质结构。

    今后的课题研究，还要重视课题成果的不断反思和及时推广，使不同层次的学校和教师最有所收获，使全市信息技术应用于中学化学教学的水平提高一个台阶。