携手手持技术 助力科学教育

李文良

携手手持技术 助力科学教育

李文良

学校科学教育在公民科学素质建设中具有基础性和战略性地位。科学教育，是以传授科学知识、训练科学方法、形成科学观念和培养科学精神为内容，以提高学生科学素养为目标的教育活动。而化学作为一门中心的、实用的和创造性的自然科学，在科学教育中发挥着举足轻重的作用[1]。将手持技术应用于化学教育，本身就是开阔视野、与时俱进的举措；同时为科学方法的培养和科学精神的塑造等方面的科学教育提供了鲜活的素材。

一、利用手持技术进行科学教育

1.增长科学知识

在科学教育中，科学知识是培养学生智力、发展学生能力的实体因素[2]。科学知识，是科学活动中的科学成果，是对事物的基本属性和运动规律的客观描述和理论总结，起着基础性的作用[3]。

例如，我校化学兴趣小组开展课题为《利用手持技术探究中和反应溶液的温度与酸碱性的变化》(以下简称《中和反应课题》)的活动中，学生实时地观察反应过程中溶液的温度和酸碱性(pH)的变化，验证了酸碱反应的特点，巩固了课堂上的知识。同时，学生发现了意外现象：高浓度的氢氧化钠溶液会使酚酞变色和酚酞刚好由红色变为无色时，pH并不等于7。这些新收获涉及高中知识，作为初中生为了解释这些奇妙的现象，需要查阅资料获取更多的信息，拓展学科知识面。

2.训练科学方法

科学方法是学生认识、掌握、运用科学知识的重要工具，是在科学探究与解决问题过程中所采用的方式。掌握和运用科学方法的过程，对学生能力的形成和提高起关键性作用。只有掌握了正确的科学方法，才能使原有的科学知识不断得到扩充。中学阶段，学生应该掌握的科学方法包括积累经验材料的方法(感性)和进行理论思维的方法(理性)[4]。

中和反应课题中，学生用无色酚酞试剂、pH传感器和温度传感器实时监测反应过程中溶液的温度和酸碱性的变化，其中涉及指示剂颜色的变化，pH和温度数据的自动记录以及记录曲线的自动生成，这里关注的是对学生观察法、实验法、图表法等方法的培养；而实验数据的分析处理、意外现象的合理解释以及中和反应概念的形成，关注更多的是对学生理性思维方法的培养。

3.提高科学探究能力

科学探究在较大程度上反映了科学的本质和过程特征，是科学教育领域最受关注的内容之一。科学探究是以科学实验为基础、用科学方法展开的探究过程。手持技术的引入为科学探究提供了强大的技术支持，学生可以利用手持技术进行大量实验数据的采集、分析与处理，体验科学家的科学实践过程，并在“做科学”的探究实践中培养自身的创新精神和实践能力。

中和反应课题中，学生要对反应过程中溶液的温度与酸碱性的变化进行定性描述与定量分析，期间学生需要分析与解释图像和数据的含义。手持技术强大的数据处理功能可以帮助学生进行快速而准确的数据处理。学生就拥有更多的时间可以思考、设计、评价实验方案，最终获得解决问题的方案。因而手持技术能有效促进学生实验操作能力、科学探究能力的发展。

4.形成科学观念

科学观念，是科学知识和方法的总结和升华，是学生在科学活动中经过思考、探索、总结而形成的一种思维习惯和理性意识。科学观念可以指导发现科学问题、为科学方法提供合理性的辩护、启发猜想的形成和假说的建立、提示科学研究工作应承担的社会责任等[5]，指引着科学探究活动的有效开展。新课程改革对“学科观念”给予充分的重视，体现在“观念为本的课程与教学”，强调培养学生持久性影响的科学观念。手持技术在化学观念的建构发挥着独特的作用[6]。

中和反应课题中，手持技术的优势实现了化学实验从定性分析到定量分析的转变，帮助学生建构计量观。此外，高浓度的氢氧化钠溶液为何使酚酞变色、酚酞的变色范围等新问题，隐含着实验探索未知等实验观的建构；生成物的探讨基于质量守恒元素观的建立；中和反应本质的研究、概念的建立与升华涉及微粒观和分类观的建构等。只有具备基本观念，学生才能从化学视角理解所观察到的自然界并切实有效地开展化学认识和实践活动，虽然化学观念只是从化学学科的角度论证了辩证唯物主义关于物质世界存在与发展变化的哲学判断，但有利于并加深学生对物质世界的认识，促进学生科学观念的形成[7]。

5.培养科学精神

科学精神，指学生在进行与科学有关的认知与实践活动中所表现的信念、意志和品格。如果科学知识、科学方法的传授是科学教育的实体，那么科学精神与科学素养的培养则是科学教育的灵魂。

中和反应课题中，初中化学认为酸碱恰好反应时，无色酚酞刚好由红色变为无色，溶液pH=7。然而，手持技术实验，酚酞在pH=8左右发生了变色，这就要求学生认真分析原因，不能草率，从中培养学生怀疑批判、尊重实验事实、实事求是的科学精神。在收集整理资料，检验、验证这一现象时，重点培养学生求真求实和团结协作的精神。由于手持技术设备昂贵，实验操作程序和操作规范要求学生认真对待，实验现象要求学生耐心细致地观察。应用手持技术的数据处理功能时，学生可以充分利用数形结合思想，在“做”中体会数据处理的意义，完善对科学探究的认识，培养细致严谨、坚持真理、积极探索的科学精神。

二、手持技术在科学教育中应用的思考

从手持技术在科学教育的应用来看，手持技术在我国中学校园的应用与推广具有必要性和可行性。

第一，适合于中学生的技能操作与知识运用。手持技术的结构简单、体积小，易于操作。科学实践活动中，可以综合运用多个传感器进行不同数据的采集与处理，有利于学生多学科知识的综合运用与学科交叉思维的培养。

第二，满足信息技术与学科课程整合的需要。传统科学实验主要以定性为主，定量较少，而定量实验重在培养学生良好的科学精神和素养。手持技术的引入，可借助计算机处理实验变量、验证假设并探究各变量间的关系，提供了学习科学的诸多机会。此外，手持技术的数据处理系统，具有丰富的数据分析、函数拟合功能，促进了信息技术与数学、物理、化学、生物等学科教育的整合。

第三，体现新课程发展的要求。新课程提出以培养学生的科学素养为主旨，而科学探究是培养学生科学素养的首要途径。手持技术的引入，不仅对学生学习方式的转变、科学探究能力和信息素养的培养等具有重要意义；而且可以让学生了解科学技术的发展趋势，运用先进的研究方法和实验手段进行科学实践，体会科学家是如何做研究的，体现了新课程对课程内容时代性的要求。

[1] 马勇军,吴俊明.科学教育概念辨析[J].天津市教科院学报,2006(4):41-43.

[2] Miller J D. Scientific literacy: A conceptual and empirical review[J].Daedalus, 1983, 112(2): 29-48.

[3] 关亮亮.我国中学科学教育的现状、问题和研究对策[D].重庆:西南大学,2013.

[4] 钱扬义,彭豪.数字化微型气象站在科学教育中的应用与思考[J].中国电化教育,2009(7):88-91.

[5] 陈芳芳.初中化学教科书中科学方法的编制研究[D].沈阳:沈阳师范大学,2011.

[6] 周德红.谈科学思想与科学研究[J].科学, 2012, 64(3):38-41.

[7] 毕华林,万延岚.化学基本观念:内涵分析与教学建构[J].课程·教材·教法,2014(4):76-83.

李文良，硕士，中教二级。福建省晋江市紫华中学，362200