第二届中国动校讯通杯全国中小学教师论文大赛

第二届“中国移动校讯通杯”全国中小学教师论文大赛
新课标下化学“手持技术”应用问题探究
安徽省灵璧中学汤伟张茹英
摘要：本文主要阐述在新课程环境下化学手持技术应用的必要性和可行性，并具体通过化学实例说明手持技术在培养学生科学探究能力方面的作用和重要意义。

关键词：手持技术；科学探究；探究实验；数字化实验
1、问题的提出
新课程背景下，如何转变教学观念，适用现代化教学的需求是我们广大教师特别关注的热点问题之一。

我们针对化学学科作了初步调研，从目前调研结果来看，很多教师，特别是农村教师或好多年龄偏大的教师，尽管作为一线教师，针对众多的化学实验，较多依赖的是传统的“黑板+粉笔”的教学模式（空对空式的教学模式），对计算机信息技术表现出啥也不会，或或多或少的畏难、畏惧情绪；当然，还有少部分教师虽具有一定的计算机技能，但限于自身专业水平所限，不善于如何运用数字化化学探究实验开展课题的研究。

从学生的角度分析，我们也发现，好多学生已习惯于在教室中“听”化学实验，靠自己脑子里想或背诵化学实验，在题海里学化学实验，做化学实验，如今被要求在数字化化学探究实验的新学习环境中进行自主探究学习，难免产生无所适从的心理。

新课程改革的目标与要求之一是教育信息化，教育信息化从本质上讲是将使学生的学习方式、信息的获取方式、教学方式、教学内容体系、教学模式、学校管理模式等发生根本的变化，以达到在信息化环境中的新平衡。

而新课程背景下，“手持技术”在教学内容体系、教师的教学方式、教学模式与及学生的学习方式等方面的变化确能够发挥出支撑与保障的作用。

针对以上现象的调研分析，我们认为有必要面向广大教师说明，新课程背景下，各科教学模式中不能忽视数字化技术的应用，下面我们结合好多重点中学已经做出来的成绩作参考，针对化学学科谈谈数字化技术中“手持技术”的应用问题，愿能够对你的教学起到抛砖引玉的作用。

2、“手持技术”应用的必要性
2.1.现代化教育发展的新趋势。

随着信息技术的发展，计算机作为一种教学技术越来越受到人们的重视。

如美国的《国家科学教育标准》（National Science Education Standards）强调可通过在科学课堂中的充分利用计算机等技术工具，为教师与学生开展科学探究与更好地理解科学的本质提供机会。

另外，国外教育领域的不少专家与学者曾对如何有效地将计算机技术整合于科学课程这一问题做过不同维度与层次的探讨，其中对“基于微机的实验室”(Microcomputer-Based Laboratories)、“基于计算器的实验室”(Calculator-Based Laboratories)、“数据采集系统”（Data logging或Data logger）和“手持系统”（Handheld system）等研究占多数，这些研究主要表现为：（1）侧重讨论数字化技术在科学课堂与科学探究活动中的应用；（2）肯定数字化技术整合于科学课程对教学方式或教学质量的积极影响；（3）强调数字化技术对加强学生学习的作用或优势，如：激发学生的学习兴趣，帮助学生正确理解科学概念及逐渐形成良好的科学态度，提高学生的科学探究能力、图像理解能力与问题解决能力等。

国际形势影响，我们必须跟上形势，不能落伍。

2.2.新课程背景下“必须的”。

在倡导新课程之前，化学教学工作者主要通过利用化学实验、教学内容、直观教具、课后复习和第二课堂等途径培养学生的思维、观察、实验与创造等能力；却较少涉及如何结合信息技术（如数字化技术）培养学生的科学探究能力。

而手持技术作为一种崭新的教学手段，能在突出化学学科特点与中学生认知特点的基础上，利于化学探究实验室的建设，利于培养学生的科学探究能力。

另外，新课程背景下还提倡学科素养
的考查，基于信息化和数字化背景下，“化学实验信息素养能力”又赋予了化学实验能力的新内涵，通过手持技术，可有效培养学生使用信息工具仪器，获取数据的能力，即：信息化对于中学化学实验来说，就是需要不同于传统的实验仪器的信息工具仪器，如传感器和数据采集器和计算机。

从这个角度看，化学实验信息素养能力包括使用信息工具仪器硬件的操作技能和获取数据的能力。

数字化对于中学化学实验来说，意指定量化学实验。

传统的实验仪器难以测量和储存随时间变化的大量的各种物理量以及随其它方面变化的数据，实验数据也不能快速的可视化。

信息工具仪器能解决这个问题，并且当实验时间很长或很短，或者需要同时获得多种数据时，传感器和数据收集器起到举足轻重的作用。

而且适当组合地使用传感器和数据收集器来采集数据和利用实时图像来呈现数据，使学生腾出更多的时间在对数据的分析和评价上；再者，借助手持技术，还能有效培养学生利用信息专业软件，分析数据的能力，即：电子数据表是广泛使用用来分析数据的软件。

数据可以通过键盘收到输入或从文件夹中输出。

电子数据表一个重要的用处就是数据可以以图像的形式分析。

两组或多组相关的数据可以用柱状图或简单的线形图表示。

例如，学生利用电子数据表按原子序号显示物质的性质。

这便于学生形象化的看到各主族，各周期在周期表中的变化趋势。

同时电子数据表可以帮助学生形象化的研究反应产物浓度对反应速度的影响。

简单的化学系统模型，如化学平衡可以用到电子数据表。

学生可以探究在“假设” 情况下的分析。

所以，利用信息专业软件，分析数据的能力也是目前化学实验能力的新内涵。

3、“手持技术”意义呈现
3.1．“手持技术”利于拓宽教学内容。

新课程改革对课程结构进行了重大调整，在保留传统学科课程的同时，加强了旨在养成学生科学素养和实用技能方面的课程，使科学、综合实践等课程比重呈上升趋势。

课程内容切实反映学生生活经验，旨在改变学生学习生活和现实世界相脱节的状况。

在科学学科的教学上，手持技术可以定量地进行化学学科实验。

3.2．“手持技术”利于师生互动活动的开展。

新课程改革强调课堂教学的师生互动、教学方式的灵活多变以及注重过程的教学理念。

手持技术在这些方面发挥了其独特的优势。

首先，手持技术的数据采集器和传感器都小，在手掌上就可以操作，教师的教学不再局限与教室里或实验中，师生的教与学活动可以在扩展到室外进行，加强了师生的交流与教学方法的灵活性。

其次，手持技术支持科学实验的动态性，例如探究CO2不断溶于水的过程中水溶液的pH变化过程，利用手持技术可以轻易完成，手持技术的数据的测量是一个动态的过程，学生可以看到pH在不断的变化，而在传统实验条件下则很难完成，只能得到静态的数据，这体现了实验教学的过程性，让学生更好地理解变化过程。

第三，手持技术的支持摄像头的使用，当教师在讲台上做示范实验室，学生往往不能清楚看到教师的操作以及实验现象，如果配合摄像头的使用，将教师的操作投影到屏幕上，则可以更清晰地展示操作过程和实验现象，教学效果将有所提高。

3.3. “手持技术”于培养学生的社会责任感。

化学新课程标准的基本理念之一是：“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的化学问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。

”由于利用手持技术进行的实验能在室外方便地进行，故可让学生对他们感兴趣的许多社会热点现象设计实验并进行探究，如利用二氧化碳传感器探究公共交通工具车厢内二氧化碳的含量对乘客健康的影响；利用光传感器探究课室光照强度及灯管的使用对学生视力的影响；利用噪音传感器测定不同噪音源的频率；等等。

由此可见，通过手持技术的开展，有利于使学生关注社会、关注生活，增强学生的社会责任感。

3.4.“手持技术”为新课标下学生喜爱的教学模式，利于教学模式的改革。

从传统的讲授式教学向多元化教学方式的转变，是实现新课程改革的关键，“手持技术”带来了一些能够更好地发挥学生学习特点、培养学生学习行为的新型教学模式。

例如手持技术可以使实验
随时随地地进行，实验教学不再是模仿，实现了实践性教学模式的开展；手持技术可以多传感器同时使用，可以从单学科的不同方面来研究问题；手持技术与计算机联用，结合网络技术，将实验过程的录像与数据、结果等发布在网上，实现在网上交流的教学模式的实现等。

这些教学模式使教学活动更加多样化，教师能够根据教学内容和学生学习的特点，选择最佳的教学模式与方法开展教学活动。

3.5.“手持技术”利于提高学生的学习效率。

手持技术的核心仪器是“数据采集系统”，仪器的设计就达到了能成功吸引学生注意的效果。

仅仅从外观上看，很多初次见到“数据采集器”的学生都觉得它像游戏机，或者像随身听，这些都是学生所喜欢的，因此“数据采集器”首先以其外表赢得了学生的欢心。

当学生们了解到这些仪器能用来做科学实验时，他们更会对它表现出极大的兴趣。

学生的好奇心强，对任何新事物都觉得新鲜、有趣，而且喜欢玩，“数据采集测量系统”利用学生的心理特征，为学生带来了全新的体验，既满足了他们“玩”的心理，又引发他们对这套仪器作进一步了解的内驱力，增强其内在的学习动机。

大家试想一想，通过手持技术，学生的学习动力能不大吗？有了学习动力，学习效率一定会大大提高！
3.6.“手持技术”便于学生开展各项学习活动。

具体如下：（1）研究性学习的实现。

在新课程改革中，“研究性学习”的重要性受到强调，找回了其应有的位置。

手持技术作为一种学习工具为研究性学习提供支持。

例如中学化学中常常可以利用“手持技术”进行下列一系列的研究性学习活动：《不同水体溶解氧的测定》、《金鱼存活要条件的探究》、《蜡烛火焰温度的测定》、《醋酸稀释的探究》、《手持技术在酸碱滴定的研究》和《学校一周内水质的测定》等等；（2）探究式学习的实现。

新的高中课程标准明确要求“提高学生的科学探究能力”。

如果是传统实验条件有些实验方案很难实行，这难免扼杀了学生探究热情。

而手持技术则能够解决这个问题，较多的实验能通过手持技术完成，实验操作也方便简单，增强了学生的探究热情，活跃了他们的思维，使探究得以顺利进行。

通过科学探究体验，使学生在知识与技能、过程与方法，情感态度与价值观三个方面都得到发展；（3）合作式学习的实现。

手持技术支持研究性学习与科学探究的顺利进行，并且探究活动可以随时随地进行，可以采取任务驱动式教学，将学生分组进行，在这过程中不仅提供给学生与学生之间的合作、交流的机会，也提供给教师与学生的合作、交流机会，学生与教师之间建立平等的关系，讨论、交流、合作的学习方式更加活泼，受到学生的热爱。

而且手持技术可以跟网络技术相结合，实现资源的共享。

可以建立一个手持技术学习网站，提供一个共同学习的平台，更能使不同学校或者不同社区的学生与教师之间通过网络进行交流、合作与讨论，完成更大规模的合作式学习。

4、“手持技术”下对化学实验室提出的新要求
“手持技术”的开发为教师的教与学生的学带来了巨大的帮助，为适应新课程改革的要求，原有的化学实验室好多设施也要随着升级换代，即新课标下，对学校的实验室也随之有新的更高要求。

4.1.强化实验室的建设。

新课程背景下提出对学生强化探究能力的培养，如何培养学生的探究能力？强化实验室的建设是必须的！新课程背景下的手持技术实验系统由数据采集器、传感器和PC组成，而传感器的类型的多样性决定了可实现实验类型的多样性，所以各个不同学校注重传感器的开发显得尤为重要。

总之，面对新的教育形式，各个学校均应重视化学实验室的建设，尽可能配置中学阶段可能用到的基本实验药品、仪器与相关设备（特别是现阶段关于手持技术所必须的实验器材），为学生进行科学探究活动奠定物质基础；有条件的学生应定时向学生开放实验室，为学生能自主开展探究活动创设良好条件。

另外，笔者认为可根据心理学原理将实验台设计为苯环式正六边形结构，有利于体现良好的合作学习探究气氛。

目前，我们灵璧中学实验室已经做了初步工作，感觉效果较好，而作为老师的我们，要开发利用这些手持技术，并把它运用到现实的教学当中去。

4.2.常见“手持技术”仪器的选取与应用。

手持技术仪器主要包括数据采集器与传感器（探头）。

前者主要用于采集并储存实验数据；后者可根据探究需要测定的参数（如温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等）而自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能——如学生可以带上溶解氧传感器、pH传感器和电导率传感器与数据采集器，在河边进实时定量测定河水的有关常数和进行水质分析。

另外，还要注意将计算机与手持技术仪器联用，传感器可以精确地测量与传递实验中所测定的各种实验参数，所得实验数据将通过数据采集器转到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。

例如将温度传感器与pH传感器置于盛有少量水的烧杯中，随着固体氢氧化钠固体的加入，计算机屏幕上将分别出现两条逐渐上升的实验曲线，并且在表格中实时显示温度与pH值的变化数据。

可见，利用基于计算机的手持化学实验，能使传统教学中的定性实验得以量化验证。

5、“手持技术”在化学教学中案例简介
手持技术的应用同样需要有合适的教学内容支撑。

这要求教师应积极挖掘现行新教材中的配套探究题材，并鼓励学生通过查阅相关专著和文献，积极开展探究活动。

如化学教材《化学必须2》和选修教材《化学反应原理》中的“化学反应中能量的变化”教学内容，可引导学生采用温度传感器，定量测定不同物质（如生石灰、硝酸铵、氯化钠等）在溶于水时温度变化情况，通过分析实验曲线以加强其对放热反应与吸热反应的认识。

再如化学选修教材《化学反应原理》中的“酸碱中和滴定”实验，传统的教学模式一般是采用通过指示剂的变色来确定测定终点，由于不同指示剂均存在一定的实验误差，致使学生难以真正准确判断中和反应何时终止，我们若借助手持技术仪器（如pH传感器与温度传感器）与计算机相辅助，学生则能够清楚地观察到滴定前后溶液pH的突变及其突变时刻，并从温度变化曲线可分析得出“中和反应是放热反应”的结论。

手持技术的真正意义上在于培养学生的化学实验探究能力，在这个过程中，手持技术扮演着重要的角色，可以给力呈现。

例如下面我们以探究有氧气存在下二氧化碳能否灭火为例，借助列表方式做一说明。

另外，手持技术更有利于学生从数字化的角度认识化学，有利于学生更好地认识“控制变量”思想（近年来新课标下高考化学的热点问题之一）。

对变量关系的研究即在单一数据测量的基础上，进一步探究不同变量数据之间的相关或因果关系。

它需要学生确定所要研究的变量，设定不变的量，对变量的关系进行假设并设计实验验证，因而对学生逻辑思维能力和设计、控制实验的能力要求更高，也是一种能较好训练学生探究能力的方法。

传统的实验由于过分强调基本操作而忽略了学生上述能力的培养；然而借助数字化化学探究实验（手持技术），可较大程度上弥补这些不足，换言之，它向学生提供不同类型的传感器或探头，帮助学生迅速采集准确的测量数据，有助于学生能有更多的精力进行实验的设计与控制，探究变量之间的关系，如可利用电导率传感器与温度传感器探究物质溶解度与温度的关系等等。

总之，从我们目前的调研结果来看，手持技术在一些学校的的试行已经取得了一定的好成绩，然而至今仍然没有在理论层面上总结概括出适合手持技术特点的一种教学模式，这还有待于我们进一步研究。

不过，我们相信，在教育信息化的今天，“手持技术”走进学校符合了新课标的目标和要求，在新课程环境下，手持技术的独特作用更能发挥得淋漓尽致，当然我们也希望各个学校能够推行应用手持技术，这也许是一次化学实验模式的大改变，也许是真正意义上的绿色化学思想的应用。

注：该论文为国家教师科研基金十二五规划课题《新课程背景下各科新教学模式的探究》（课题编号CTF120386）的阶段性研究成果。