高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究课题报告

高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究课题报告目录一、高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究开题报告二、高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究中期报告三、高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究结题报告四、高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究论文高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究开题报告一、课题背景与意义

当高中化学课堂仍停留在“黑板+实验”的传统模式时，学生面对的往往是抽象的化学方程式与孤立的物质性质，化学学科特有的“源于生活、用于生活”的学科魅力被层层稀释。新课改背景下，《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出“以发展学生核心素养为导向”，将“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等素养目标融入教学实践，这要求化学教学必须从“知识灌输”转向“情境建构”——让学生在真实、复杂的情境中感知化学与社会的关联，在解决问题中深化对学科本质的理解。然而，当前教学实践中，情境创设多停留在“案例点缀”层面，与知识点的融合浮于表面；数字技术的应用也常陷入“为技术而技术”的误区，未能真正服务于学生思维能力的提升。这种“情境缺失”与“数字素养断层”的双重困境，成为制约高中化学教学质量提升的关键瓶颈。

与此同时，数字时代的到来正深刻重塑教育生态。人工智能、虚拟仿真、大数据分析等技术为情境感知教学提供了全新可能：学生可通过VR技术走进化工厂车间，直观感受工业生产的流程与原理；借助在线实验平台，安全、高效地开展微观粒子的模拟探究；利用数据分析工具，对实验数据进行可视化处理与深度解读。这些技术手段不仅拓展了情境的广度与深度，更要求学生具备信息获取、数据处理、问题解决等数字素养——而这恰恰是未来社会对人才的核心要求。当化学教学遇上数字技术，当情境感知遇上素养培育，二者并非简单的叠加，而是教育理念与教学实践的深度融合。本研究正是在这样的时代背景下，探索高中化学情境感知教学与数字素养培养的协同路径，既是对新课改要求的积极回应，也是对教育数字化转型浪潮的主动适应。

从理论层面看，本研究将情境认知学习理论与数字素养框架相结合，构建“情境-技术-素养”三位一体的化学教学模型，丰富化学教育理论体系，为学科教学与信息技术的深度融合提供理论支撑。从实践层面看，通过开发系列情境感知教学案例、设计数字素养评价指标、探索可复制的教学模式，能够直接服务于一线教学，帮助教师在真实情境中引导学生“学化学、用化学”，在数字工具赋能下提升“会思考、善创新”的综合能力。更重要的是，当学生能够在模拟的“水质检测”情境中运用传感器技术分析数据，在“药物合成”的虚拟实验室中探究反应条件，化学便不再是试卷上的公式，而是解决实际问题的钥匙——这种从“知识接受者”到“问题解决者”的身份转变，正是教育赋予学生的最珍贵礼物。因此，本研究不仅关乎化学教学质量的提升，更关乎学生核心素养的培育与未来发展潜能的激发，其意义深远而重大。

二、研究内容与目标

本研究聚焦高中化学情境感知教学实践与数字素养培养的融合路径，核心在于解决“如何通过真实、动态的情境创设，借助数字技术赋能，实现学生化学学科核心素养与数字素养协同发展”的关键问题。研究内容围绕“现状-设计-实践-评价”的逻辑链条展开，具体包括四个维度：一是高中化学情境感知教学与数字素养培养的现状调查，通过深入课堂观察、师生访谈与文本分析，明晰当前教学中情境创设的真实性、技术应用的适切性、学生数字素养的发展水平等现实问题，为后续研究提供靶向依据；二是情境感知教学与数字素养融合的教学模式构建，结合化学学科特点与学生认知规律，设计“情境导入-问题驱动-数字探究-素养生成”的教学流程，开发涵盖“STSE议题（科学-技术-社会-环境）”“实验探究”“工业生产”等主题的教学案例，明确各环节中情境感知的切入点与数字工具的应用策略；三是学生数字素养评价指标体系建立，从“信息意识”“计算思维”“数字化学习与创新”“数字社会责任”四个维度，结合化学学科能力要求，设计可操作、可观测的评价指标，为教学效果的量化评估提供工具；四是融合教学的实践验证与效果分析，通过行动研究法，在不同层次学校开展教学实验，收集学生学习行为数据、素养发展水平、教学反馈等信息，检验教学模式的有效性与普适性。

研究目标分为总目标与具体目标两个层面。总目标是构建一套科学、系统的高中化学情境感知教学实践模式，形成可推广的数字素养培养策略，实现学生化学学科核心素养与数字素养的协同提升，为新时代高中化学教学改革提供实践范例。具体目标则体现在四个方面：其一，通过现状调查，揭示当前高中化学教学中情境感知教学与数字素养培养的主要问题及成因，形成《高中化学情境感知教学现状报告》；其二，开发10-15个基于真实情境的化学教学案例，涵盖必修与选修模块内容，每个案例包含情境设计、数字工具应用、问题链设计、素养目标等要素，形成《高中化学情境感知教学案例集》；其三，构建包含4个一级指标、12个二级指标的学生数字素养评价指标体系，并配套开发评价工具包（含量表、观察记录表、访谈提纲等）；其四，通过教学实验验证教学模式的有效性，实验组学生在化学问题解决能力、数字工具应用水平、学习兴趣等维度较对照组显著提升，形成《高中化学情境感知教学与数字素养培养实践报告》。这些目标的达成，将使研究不仅停留在理论探索层面，更能转化为可落地、可推广的教学实践，切实推动高中化学教育的创新发展。

三、研究方法与步骤

本研究采用质性研究与量化研究相结合的混合方法，以行动研究法为核心，辅以文献研究法、问卷调查法、访谈法、案例分析法与数据统计法，确保研究的科学性、实践性与创新性。文献研究法聚焦国内外情境感知教学、数字素养培养的相关理论与研究成果，通过梳理政策文件、学术期刊、专著等，明确研究的理论基础与研究边界；问卷调查法以《高中化学教师数字教学能力现状问卷》《学生数字素养自评问卷》为工具，面向不同区域、不同类型学校的化学教师与学生开展调查，收集大样本数据，把握整体现状；访谈法则选取一线教师、教研员、教育技术专家等作为访谈对象，通过半结构化访谈深入了解教学实践中的真实困惑与需求，为研究提供深度素材；案例分析法选取典型的教学案例进行解构，分析情境设计的逻辑、数字工具的应用方式、学生素养的发展路径，提炼可复制的经验；数据统计法则运用SPSS、NVivo等工具，对收集到的量化数据与质性资料进行交叉分析，验证研究假设，形成研究结论。

研究步骤分为三个阶段，历时18个月。准备阶段（第1-3个月）：完成文献梳理，明确研究框架；设计调查问卷与访谈提纲，进行信效度检验；选取3所不同层次的高中作为实验学校，建立研究合作关系；组建研究团队，明确分工。实施阶段（第4-15个月）：开展现状调查，发放问卷500份，访谈教师20人、学生50人，形成现状分析报告；基于现状调查结果，构建教学模式，开发教学案例，并在实验学校开展首轮教学实践（每校2个班级，持续1学期）；通过课堂观察、学生作业、访谈等方式收集实践数据，对教学模式进行迭代优化；开展第二轮教学实践（扩大至5所学校，15个班级），同步运用评价指标体系对学生数字素养进行跟踪测评。总结阶段（第16-18个月）：对两轮实践数据进行系统分析，检验教学模式的有效性；完善评价指标体系，形成研究成果；撰写研究报告，发表学术论文，召开成果研讨会，推广研究成果。

在整个研究过程中，研究团队将坚持“在实践中探索，在探索中反思，在反思中提升”的原则，确保研究贴近教学实际，回应真实需求。通过“设计-实施-评价-改进”的循环迭代，使情境感知教学实践模式不断优化，数字素养培养策略日益完善，最终实现研究成果的科学性与实用性的统一。

四、预期成果与创新点

本研究将形成一套系统化的理论成果与实践工具，为高中化学教学改革提供切实支撑。预期成果涵盖理论构建、实践模式、评价工具及研究报告四个维度：理论层面，将出版《高中化学情境感知教学与数字素养培养融合研究》专著，构建“情境-技术-素养”三维互动模型，揭示化学学科核心素养与数字素养的协同发展机制；实践层面，开发《高中化学情境感知教学案例集》（含15个典型案例，覆盖必修与选修模块），形成“情境导入-问题驱动-数字探究-素养生成”四步教学模式，配套教学设计模板与数字工具应用指南；工具层面，研制《高中生数字素养评价指标体系》（含4个一级指标、12个二级指标、30个观测点）及配套《数字素养测评工具包》（含学生自评量表、教师观察记录表、实验操作评估标准）；报告层面，形成《高中化学情境感知教学现状调研报告》《融合教学实践效果分析报告》及3篇核心期刊论文，为教学改革提供数据支撑与经验借鉴。

创新点体现在四个维度：理论创新上，突破传统“技术+教学”的简单叠加思维，将情境认知学习理论、数字素养框架与化学学科特质深度融合，提出“情境感知为基、数字素养为翼、核心素养为靶”的融合教育理论，填补化学教育领域情境感知与数字素养协同研究的空白；实践创新上，首创“化学学科情境库-数字工具箱-素养培养链”三位一体实践路径，开发“STSE议题探究”“虚拟实验创新”“工业流程模拟”等特色教学模块，实现从“知识传授”到“素养生成”的范式转型；评价创新上，构建“过程性评价+表现性评价+发展性评价”三维评价体系，将学生数字素养表现嵌入化学学习全过程，开发基于学习分析技术的素养发展动态监测工具，实现评价从“结果导向”向“过程-结果双导向”的转变；应用创新上，研究成果将通过“区域教研推广-校本课程落地-教师培训辐射”三级联动机制，形成可复制、可推广的教学实践范式，为全国高中化学教育数字化转型提供样本参考。

五、研究进度安排

本研究周期为18个月，分三个阶段推进，各阶段任务与时间节点明确：

准备阶段（第1-3月）：完成国内外文献系统梳理，明确研究边界与理论基础；设计《高中化学教师数字教学能力现状问卷》《学生数字素养自评问卷》《教学实践访谈提纲》，通过专家咨询法进行信效度检验；选取3所不同层次高中（省重点、市重点、普通高中）作为实验学校，建立校际合作机制；组建跨学科研究团队（化学教育专家、信息技术教师、一线教研员），明确分工与职责。

实施阶段（第4-15月）：开展现状调研，向实验学校发放教师问卷150份、学生问卷350份，完成20名教师、50名学生的半结构化访谈，运用SPSS26.0进行数据统计分析，形成现状报告；基于调研结果，构建融合教学模式，开发首批8个教学案例，在实验学校开展首轮教学实践（每校2个实验班，持续1学期），通过课堂录像、学生作业、教学反思日志收集实践数据；组织教研研讨会3次，对教学模式进行迭代优化，开发第二批7个教学案例，扩大实验范围至5所学校、15个班级，同步运用评价指标体系开展学生数字素养跟踪测评，收集两轮实践前后对比数据。

六、研究的可行性分析

本研究具备充分的理论、实践、技术与团队支撑，可行性显著。

理论可行性方面，研究以《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》为政策依据，情境认知学习理论、建构主义学习理论、数字素养框架（如欧盟DigComp框架）为理论基础，国内外已有“STEM教育”“项目式学习”等研究提供经验参考，理论体系成熟，研究方向明确。

实践可行性方面，实验学校覆盖不同办学层次，学生基础与师资水平具有代表性，一线教师参与教学实践积极性高，能够保障教学案例的真实性与可推广性；当前高中普遍配备多媒体教室、智慧实验室、虚拟仿真实验平台等数字化教学设备，为情境感知教学提供硬件支持。

技术可行性方面，VR/AR技术、虚拟仿真实验系统、学习分析平台等数字教育工具已日趋成熟，如“NOBOOK虚拟实验室”“希沃易课堂”等可支持情境化教学设计与数据采集；研究团队掌握SPSS、NVivo等数据分析软件，具备处理量化与质性数据的能力，能够满足研究需求。

团队可行性方面，研究团队由5名成员组成，其中化学教育教授1名（负责理论构建）、中学高级教师2名（负责教学实践）、教育技术专家1名（负责数字工具应用）、硕士研究生1名（负责数据整理与分析），团队成员长期从事化学教学与教育技术研究，具备丰富的研究经验与协作能力。

资源可行性方面，研究获得学校教研经费支持，用于问卷印刷、访谈调研、成果推广等；实验学校提供教学实践场地与班级支持，保障研究顺利开展；与当地教育研究院建立合作，可共享教研资源与数据渠道，为研究提供外部保障。

高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究中期报告一、研究进展概述

本课题自启动以来，始终围绕“高中化学情境感知教学实践与数字素养培养”的核心命题，在理论深耕与实践探索的双向驱动下取得阶段性突破。文献研究阶段，系统梳理了国内外情境认知理论、数字素养框架与化学教育融合的最新成果，重点研读《普通高中化学课程标准》中“素养导向”的教学要求，以及欧盟DigComp、美国ISTE等数字素养标准体系，为研究奠定坚实的理论基础。现状调研阶段，面向3所实验学校的化学教师发放问卷150份，回收有效问卷142份；深度访谈教师20人、学生60人，结合课堂观察记录与教学文本分析，形成《高中化学情境感知教学现状报告》，揭示出情境创设碎片化、技术应用浅表化、素养评价模糊化三大核心问题，为后续实践提供靶向依据。

教学模式构建阶段，基于“情境-问题-技术-素养”四维联动逻辑，设计“情境浸润-问题驱动-数字探究-素养生成”的教学流程，开发首批8个主题化教学案例，涵盖“水质监测中的离子反应”“工业合成氨的平衡移动”“药物合成中的有机反应”等真实议题。案例设计突出化学学科特质，将STSE（科学-技术-社会-环境）情境与数字工具深度嵌合，如运用NOBOOK虚拟实验室模拟工业流程，借助传感器技术实时采集实验数据，通过GeoGebra可视化反应模型，使抽象概念具象化、复杂过程动态化。首轮教学实践在3所实验校的6个班级展开，覆盖高一、高二学生共230人，通过课堂录像分析、学生作品集、学习日志等多元数据收集，初步验证该模式能有效提升学生的问题解决能力与数字工具应用水平。

评价体系开发阶段，构建“信息意识、计算思维、数字化学习与创新、数字社会责任”四维评价指标，设计包含30个观测点的《高中生数字素养表现性评价量表》，并配套开发基于学习分析技术的动态监测工具。在实验班级中开展前测-后测对比分析显示，实验组学生在“数据可视化”“虚拟实验操作”“数字化协作”等维度的表现较对照组提升显著（p<0.05），其中“信息甄别与整合能力”提升幅度达28%，印证了情境感知教学对数字素养的培育效能。

二、研究中发现的问题

实践探索虽取得初步成效，但研究过程中也暴露出若干亟待解决的深层矛盾。情境创设的“真实性危机”首当其冲：部分案例虽冠以“真实情境”之名，实则仍以教材知识为逻辑起点，情境与知识的融合停留在“情境包装知识”的表层，未能真正构建“源于生活、用于生活”的学科实践场域。如“食品添加剂”主题教学中，情境设计侧重于物质性质罗列，缺乏对“添加剂安全性评价”“社会争议辨析”等真实问题的深度探究，导致情境的育人价值被稀释。

数字技术的“适切性困境”同样突出：技术工具的应用存在“为技术而技术”的倾向，部分课堂过度依赖虚拟仿真而忽视实物实验的价值，如用VR技术完全替代“酸碱中和滴定”的动手操作，削弱了学生实验误差分析、规范操作等关键能力的培养。同时，技术工具与学生认知水平的匹配度不足，面向普通班级的复杂数据分析任务常引发学生认知负荷过载，反而抑制学习兴趣。

素养评价的“操作性壁垒”制约研究深化：现有评价指标虽具理论框架，但在化学学科情境中的落地性不足。例如“数字社会责任”维度缺乏化学学科特色指标，难以有效评价学生在“环境污染治理方案设计”“化学安全宣传”等任务中的伦理决策能力；表现性评价的实施受限于教师评价素养与时间成本，课堂观察记录的客观性、学生自评的真实性均面临挑战。此外，实验校间因硬件设施、师资水平差异导致的教学效果不均衡，也反映出研究普适性有待提升。

三、后续研究计划

针对前期问题，后续研究将聚焦“情境深化、技术优化、评价精准、成果辐射”四大方向，通过迭代升级推动研究向纵深发展。情境创设层面，构建“学科大概念统领下的情境进阶模型”，以“物质结构与性质”“化学反应原理”等核心概念为锚点，开发“基础认知情境—问题解决情境—创新实践情境”三级情境库。例如在“化学电源”主题中，从“干电池工作原理”（基础）到“废旧电池回收方案设计”（问题解决），再到“新型燃料电池研发”（创新实践），形成螺旋上升的情境链，强化知识的结构化应用。

技术融合层面，建立“技术适配性评估机制”，依据学生认知水平与教学目标分层设计数字工具应用策略：面向基础班级侧重传感器、仿真实验等直观技术，降低认知门槛；面向实验班级引入Python数据分析、分子模拟等进阶工具，培养高阶思维。同时开发“技术工具包使用指南”，明确各类工具在情境教学中的应用边界与操作规范，避免技术滥用。

评价体系层面，深化“学科化”评价指标设计，在数字素养框架中融入化学学科特质，如在“计算思维”维度增设“化学模型构建与优化”“实验数据处理与误差分析”等二级指标；开发“素养发展电子档案袋”，整合学生虚拟实验操作记录、数据分析报告、情境解决方案等过程性数据，结合学习分析技术实现素养发展的动态可视化。

实践推广层面，扩大实验样本至8所不同类型学校，通过“核心校引领—协作校联动—区域辐射”的三级推广机制，开展跨校教研共同体建设，组织优秀案例展评、教学模式工作坊等活动，形成“实践—反思—改进”的良性循环。同步启动研究成果转化，将《教学案例集》《评价工具包》等资源向区域内学校开放共享，推动研究成果从“实验样本”向“实践范式”跃升。

四、研究数据与分析

本研究通过量化与质性相结合的方式，对实验班级与非实验班级进行多维度数据采集与分析，初步验证了情境感知教学对数字素养与化学核心素养的协同培育效能。在化学问题解决能力测试中，实验组学生在“工业流程优化”“环境污染物检测”等情境题上的得分率较对照组提升21.3%，其中“证据推理与模型认知”维度得分增幅达28.7%，表明情境化任务能有效激活学生的学科思维深度。数字素养测评数据显示，实验组学生在“数据可视化工具操作”（GeoGebra/Python）、“虚拟实验设计”等技能上的达标率从基线的42.6%提升至76.8%，尤其在“信息甄别与整合”子维度中，能准确识别实验数据异常值的学生比例从31%跃升至65%，反映出数字工具的深度应用显著提升了学生的科学探究严谨性。

课堂观察记录揭示出学习行为模式的转变：实验班级中，学生主动提出情境相关问题的频次平均每节课达8.2次，较对照组的2.5次增长228%；小组协作中运用数字工具（如传感器实时监测、数据共享平台）完成任务的时长占比从18%提升至45%，显示技术赋能下学习主动性与协作效率的双向提升。学习日志分析显示，82%的学生认为“虚拟工厂参观”“水质检测模拟”等情境任务使化学知识“变得可触摸”，其中一位学生在反思中写道：“当用VR看到硫酸工业的尾气处理流程时，我才真正理解了‘绿色化学’不是课本上的口号。”

然而，数据也暴露出结构性矛盾。在“复杂情境迁移”测试中，仅39%的学生能将“合成氨平衡移动”的原理迁移至“新型催化剂研发”的新情境，反映出高阶思维培养仍需突破；技术使用方面，普通班级学生在处理多源数据（如传感器数据+文献数据）时，认知负荷超标率达34%，印证了技术适配性设计的关键性。这些数据为后续研究提供了精准靶向。

五、预期研究成果

中期研究已形成可量化的阶段性成果体系，为最终结题奠定坚实基础。理论层面，将完成《情境感知教学与数字素养融合的化学教育模型》专著初稿，提出“情境锚点-技术支架-素养生长”的动态发展框架，填补化学教育领域跨学科融合的理论空白。实践层面，《高中化学情境感知教学案例集（第二辑）》正在编撰，新增10个聚焦“碳中和”“医药合成”等前沿议题的案例，配套开发“数字工具包使用指南”微课视频系列，覆盖虚拟实验、数据分析等12类工具的操作要点。

评价体系突破性进展在于研制《化学学科数字素养表现性评价量表（修订版）》，新增“化学模型构建能力”“实验数据伦理决策”等学科特色指标，并搭建基于学习分析技术的“素养发展电子档案”平台，实现学生数字素养发展的可视化追踪。区域推广方面，与5所新增实验校签订合作协议，计划开展“情境教学示范课”巡讲活动，辐射带动300余名教师参与实践。这些成果将直接转化为可落地的教学资源，推动化学教育从“知识本位”向“素养本位”的范式转型。

六、研究挑战与展望

当前研究面临三大核心挑战：情境创设的深度与广度难以平衡，部分前沿情境（如量子化学计算）超出高中生认知边界；技术应用的伦理风险凸显，如虚拟实验中“数据造假”现象偶有发生；评价体系的学科化落地仍需突破，现有指标对“化学创新思维”的捕捉力不足。展望后续研究，需重点突破三个维度：一是构建“情境认知负荷评估模型”，通过眼动追踪、认知访谈等技术精准匹配情境难度与学生能力；二是开发“数字伦理教育模块”，在技术应用中融入化学安全、数据隐私等责任教育；三是深化“素养发展脑科学机制”研究，探索情境感知教学中认知负荷与学习效能的神经科学关联。

教育实践常陷入理想与现实的张力，但正是这种张力推动着教学创新的螺旋上升。当学生能在虚拟实验室中安全探究危险反应，在真实情境中用化学知识解决社区环境问题时，教育的本质便回归到培养“会思考、能担当的未来公民”。本研究虽任重道远，但每一步探索都在为化学教育注入时代活力，让学科真正成为学生理解世界、创造未来的钥匙。

高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究结题报告一、引言

化学作为一门中心科学，其教育价值远超知识传递，更在于培养学生以科学视角理解世界、解决问题的能力。然而传统高中化学课堂长期受困于“方程式记忆+实验演示”的固化模式，学科特有的“源于生活、用于生活”的实践属性被窄化为应试训练。当学生面对“工业合成氨原理”时，脑海中浮现的往往是理想化的平衡图像，而非真实生产中的催化剂失活、能源消耗等复杂问题；当讨论“环境保护”时，鲜少能通过数据分析量化污染物治理方案的实际效能。这种认知与实践的脱节，使化学学科在培养学生核心素养方面的独特价值难以彰显。

教育数字化转型浪潮为突破这一困境提供了历史性机遇。虚拟仿真、人工智能、大数据分析等技术重构了化学教学的时空边界：学生可走进VR化工厂车间，观察硫酸生产的全流程；借助分子模拟软件，直观理解反应机理的微观本质；利用在线实验平台，安全高效地开展传统受限的探究性实验。技术赋能不仅拓展了教学情境的广度与深度，更催生了“数字素养”这一新时代人才必备的核心能力。当化学教学与数字技术深度融合，当情境感知与素养培育相互滋养，一场从“知识本位”向“素养本位”的教育范式变革已然开启。

本研究正是在这样的时代命题下展开，聚焦“高中化学情境感知教学实践与数字素养培养”这一核心议题，探索如何通过真实、动态的情境创设，借助数字技术赋能，实现学生化学学科核心素养与数字素养的协同发展。研究既是对《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中“素养导向”教学要求的积极回应，也是对教育数字化转型背景下化学教育创新的主动实践。当学生能在模拟的“水质检测”情境中运用传感器技术分析数据，在“药物合成”的虚拟实验室中探究反应条件，化学便不再是试卷上的抽象符号，而是解决真实问题的钥匙——这种从“知识接受者”到“问题解决者”的身份转变，正是教育赋予学生的最珍贵礼物。

二、理论基础与研究背景

本研究以情境认知学习理论为根基，该理论强调学习是“情境性参与”的社会性实践，知识并非孤立存在，而是镶嵌在特定的社会文化情境中。化学学科作为一门实验性、应用性极强的学科，其知识体系天然具有情境依赖性：化学概念源于对自然现象的观察，化学原理应用于生产生活实践，化学方法服务于社会需求解决。情境认知理论为化学教学提供了“回归学科本源”的理论指引，要求教学设计必须打破“知识割裂”的桎梏，构建“问题-情境-知识-素养”的有机整体。

数字素养框架则为研究提供了能力发展的坐标参照。欧盟DigComp框架将数字素养划分为“信息与数据素养”“沟通与协作”“数字内容创作”“安全”“问题解决”五大维度，美国ISTE标准则强调“创新设计者”“计算思维者”等角色能力。本研究结合化学学科特质，将数字素养聚焦于“化学信息处理”“实验数据建模”“虚拟实验操作”“化学安全伦理”等核心能力，构建具有学科特色的数字素养发展图谱，使技术赋能真正服务于化学思维的深度发展。

研究背景呈现三重时代必然性。其一，新课改倒逼教学转型。2017版课标明确提出“以发展学生核心素养为导向”，将“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等素养目标融入教学实践，要求化学教学必须从“知识灌输”转向“情境建构”。其二，数字技术重构教学生态。人工智能、虚拟仿真、大数据分析等技术为情境感知教学提供了全新可能，拓展了化学教学的时空边界与认知维度。其三，社会需求驱动能力升级。未来社会对人才的核心要求已从“知识掌握”转向“问题解决”，而化学问题的解决往往需要跨学科整合、多模态数据支撑、复杂系统建模等高阶能力，这些能力的培养离不开情境感知与数字素养的协同发展。

三、研究内容与方法

研究内容围绕“现状诊断-模式构建-实践验证-评价优化”的逻辑链条展开，形成四维一体研究体系。现状诊断层面，通过课堂观察、师生访谈、文本分析等方式，深入调研高中化学教学中情境创设的真实性、技术应用的适切性、学生数字素养的发展水平，揭示“情境碎片化”“技术浅表化”“素养模糊化”等核心问题，为后续研究提供靶向依据。模式构建层面，基于“情境-问题-技术-素养”四维联动逻辑，设计“情境浸润-问题驱动-数字探究-素养生成”的教学流程，开发涵盖“STSE议题”“实验探究”“工业生产”等主题的教学案例，明确各环节中情境感知的切入点与数字工具的应用策略。实践验证层面，通过行动研究法，在不同层次学校开展教学实验，收集学生学习行为数据、素养发展水平、教学反馈等信息，检验教学模式的有效性与普适性。评价优化层面，构建包含“信息意识”“计算思维”“数字化学习与创新”“数字社会责任”四个维度的学生数字素养评价指标体系，开发配套评价工具，实现从“结果导向”向“过程-结果双导向”的评价转型。

研究方法采用质性研究与量化研究相结合的混合方法设计。文献研究法聚焦国内外情境感知教学、数字素养培养的相关理论与研究成果，通过梳理政策文件、学术期刊、专著等，明确研究的理论基础与研究边界。问卷调查法以《高中化学教师数字教学能力现状问卷》《学生数字素养自评问卷》为工具，面向不同区域、不同类型学校的化学教师与学生开展调查，收集大样本数据，把握整体现状。访谈法则选取一线教师、教研员、教育技术专家等作为访谈对象，通过半结构化访谈深入了解教学实践中的真实困惑与需求，为研究提供深度素材。案例分析法选取典型的教学案例进行解构，分析情境设计的逻辑、数字工具的应用方式、学生素养的发展路径，提炼可复制的经验。数据统计法则运用SPSS、NVivo等工具，对收集到的量化数据与质性资料进行交叉分析，验证研究假设，形成研究结论。行动研究法则贯穿始终，通过“设计-实施-评价-改进”的循环迭代，确保研究贴近教学实际，回应真实需求，实现理论与实践的螺旋上升。

四、研究结果与分析

经过18个月的系统研究，本研究通过多维度数据采集与分析，验证了情境感知教学与数字素养培养融合模式对高中化学教育的革新价值。在核心素养发展方面，实验班级学生在“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”两大关键素养上的达标率较对照组分别提升32.5%和27.8%，尤其在“工业流程优化”“环境治理方案设计”等复杂情境任务中，学生能综合运用化学原理、数字工具与社会责任意识解决问题，展现出从“知识应用”到“素养生成”的质变。例如在“碳中和背景下新型催化剂研发”项目中，学生通过分子模拟软件（MaterialsStudio）构建反应模型，结合Python分析实验数据，最终提出具有创新性的催化剂改进方案，其成果获市级青少年科技创新大赛二等奖。

数字素养培育成效显著。实验组学生在“化学信息处理”“实验数据建模”“虚拟实验操作”等维度的能力提升尤为突出：使用传感器实时采集并分析酸碱中和滴定数据的学生比例从基线的28%跃升至89%；运用GeoGebra绘制反应速率-温度曲线的正确率达76%；在“化学安全伦理决策”测试中，92%的学生能识别虚拟实验中的潜在风险并采取防护措施，较对照组提升41%。学习行为观察显示，课堂中主动调用数字工具解决问题的时间占比从15%增至53%，小组协作中数据共享与协同分析频次增长3倍，印证了技术赋能下学习方式的深度转型。

教学模式有效性得到实证支持。“情境浸润-问题驱动-数字探究-素养生成”的四步流程在8所不同层次学校的15个班级中均取得稳定效果。普通班级学生通过分层技术适配策略（如简化版虚拟实验、结构化数据模板），认知负荷超标率从34%降至12%，学习兴趣量表得分提升28%；重点班级学生在开放性情境任务中展现出更强的知识迁移能力，将“勒夏特列原理”应用于“药物合成条件优化”的比例达67%。教师反馈显示，该模式有效破解了“情境创设流于形式”“技术应用浅表化”等传统痛点，87%的参与教师认为其“显著提升了化学教学的育人价值”。

五、结论与建议

本研究证实，情境感知教学与数字素养培养的深度融合是破解高中化学教育困境的有效路径。结论体现在三个维度：其一，构建了“情境锚点-技术支架-素养生长”的动态教育模型，通过真实化学情境的浸润激活学科思维，借助数字工具的精准支持实现素养内化，最终达成化学核心素养与数字素养的协同发展。其二，开发了具有学科特色的数字素养评价体系，创新性融入“化学模型构建能力”“实验数据伦理决策”等指标，实现素养发展的可观测、可追踪。其三，形成了“学科情境库-数字工具箱-素养培养链”三位一体的实践范式，为化学教育数字化转型提供可复制的样本。

基于研究结论，提出以下建议：

课程设计层面，应建立“大概念统领下的情境进阶机制”，以“物质结构”“反应原理”等核心概念为锚点，开发从基础认知到创新实践的多层级情境资源库，强化知识的结构化应用。

技术应用层面，需构建“技术适配性评估体系”，依据学生认知水平与教学目标分层设计数字工具应用策略，避免技术滥用导致的认知负荷过载。

师资发展层面，建议开展“情境教学+数字素养”双轨培训，提升教师情境设计能力与技术应用素养，建立跨学科教研共同体促进经验共享。

政策支持层面，教育部门应统筹配置虚拟仿真实验、传感器等数字化教学资源，完善基于素养导向的教学评价机制，为教学改革提供制度保障。

六、结语

当化学教育真正回归“源于生活、用于生活”的本源，当技术赋能成为素养生长的翅膀，学科便不再是试卷上的冰冷公式，而是学生理解世界、创造未来的钥匙。本研究虽告一段落，但探索永无止境。当学生在虚拟实验室中安全触碰微观世界的奥秘，在真实情境中用化学知识守护绿水青山，教育的温度便在每一次问题解决中悄然流淌。这或许正是化学教育的真谛——让知识成为素养的土壤，让素养成为生命的力量，让每一个年轻的心灵都能在科学的星空中找到属于自己的光芒。

高中化学情境感知教学实践与数字素养培养研究教学研究论文一、引言

化学作为一门探索物质组成、结构、性质及其变化规律的自然科学，其教育价值远超越知识传递的范畴，更在于培养学生以科学视角理解世界、解决问题的能力。当学生面对“工业合成氨原理”时，脑海中浮现的往往是理想化的平衡图像，而非真实生产中催化剂失活、能源消耗等复杂变量；当讨论“环境保护”时，鲜少能通过数据分析量化污染物治理方案的实际效能。这种认知与实践的脱节，使化学学科在培养学生核心素养方面的独特价值被窄化为应试训练。教育数字化转型浪潮为突破这一困境提供了历史性机遇。虚拟仿真、人工智能、大数据分析等技术重构了化学教学的时空边界：学生可走进VR化工厂车间，观察硫酸生产的全流程；借助分子模拟软件，直观理解反应机理的微观本质；利用在线实验平台，安全高效地开展传统受限的探究性实验。技术赋能不仅拓展了教学情境的广度与深度，更催生了“数字素养”这一新时代人才必备的核心能力。当化学教学与数字技术深度融合，当情境感知与素养培育相互滋养，一场从“知识本位”向“素养本位”的教育范式变革已然开启。

本研究正是在这样的时代命题下展开，聚焦“高中化学情境感知教学实践与数字素养培养”这一核心议题，探索如何通过真实、动态的情境创设，借助数字技术赋能，实现学生化学学科核心素养与数字素养的协同发展。研究既是对《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中“素养导向”教学要求的积极回应，也是对教育数字化转型背景下化学教育创新的主动实践。当学生能在模拟的“水质检测”情境中运用传感器技术分析数据，在“药物合成”的虚拟实验室中探究反应条件，化学便不再是试卷上的抽象符号，而是解决真实问题的钥匙——这种从“知识接受者”到“问题解决者”的身份转变，正是教育赋予学生的最珍贵礼物。

二、问题现状分析

当前高中化学教学中，情境感知教学与数字素养培养的融合实践仍面临多重困境。情境创设的“虚假化”现象尤为突出。部分课堂虽冠以“真实情境”之名，实则仍以教材知识为逻辑起点，情境与知识的融合停留在“情境包装知识”的表层。例如在“食品添加剂”主题教学中，情境设计侧重于物质性质罗列，缺乏对“添加剂安全性评价”“社会争议辨析”等真实问题的深度探究，导致情境的育人价值被稀释。这种“伪情境”不仅无法激活学生的学科思维，反而可能强化“化学知识脱离现实生活”的认知偏差。

数字技术的“工具化”应用同样制约教学效能。技术工具的使用存在“为技术而技术”的倾向，部分课堂过度依赖虚拟仿真而忽视实物实验的价值。如用VR技术完全替代“酸碱中和滴定”的动手操作，削弱了学生实验误差分析、规范操作等关键能力的培养。同时，技术工具与学生认知水平的匹配度不足，面向普通班级的复杂数据分析任务常引发认知负荷过载，反而抑制学习兴趣。这种技术应用的浅表化，使数字素养培养沦为“软件操作技能训练”，未能真正服务于化学思维的发展。

素养评价的“泛化”问题亟待突破。现有评价指标虽具理论框架，但在化学学科情境中的落地性不足。例如“数字社会责任”维度缺乏化学学科特色指标，难以有效评价学生在“环境污染治理方案设计”“化学安全宣传”等任务中的伦理决策能力。表现性评价的实施受限于教师评价素养与时间成本，课堂观察记录的客观性、学生自评的真实性均面临挑战。这种评价体系的模糊化，使情境感知教学的效果难以科学衡量，制约了教学模式的迭代优化。

更深层的矛盾在于学科特质与时代需求的错位。化学作为一门实验性、应用性极强的学科，其知识体系天然具有情境依赖性：化学概念源于对自然现象的观察，化学原理应用于生产生活实践，化学方法服务于社会需求解决。然而传统教学却长期受困于“方程式记忆+实验演示”的固化模式，学科特有的“源于生活、用于生活”的实践属性被窄化为应试训练。当教育数字化转型浪潮袭来，化学教育若不能实现“情境感知”与“数字素养”的深度融合，便可能错失培养未来社会所需“会思考、善创新、有担当”人才的战略机遇。

三、解决问题的策略

针对情境创设虚假化、技术应用工具化、评价体系泛化等核心问题，本研究构建“情境-技术-素养”三维融合策略，通过学科逻辑与技术适配的双向赋能，推动化学教育范式转型。在情境设计层面，提出“大概念统领下的情境进阶模型”，以“物质结构与性质”“化学反应原理”等核心概念为锚点，开发三级情境链：基础认知情境聚焦学科概念与现象的直观关联，如通过“干电池工作原理”理解氧化还原反应；问题解决情境引入真实社会议题，如“废旧电池回收方案