基于APP 的化学学科移动学习资源分类例谈*

☆ 蔡迅轶 陈 凯 孙红淼

（1.南京晓庄学院环境科学学院，江苏南京 211171；2.首都师范大学教育学院，北京 100048）

一、引言

进入21世纪以来，科技日新月异，智能手机和平板电脑已经极大地改变了人们的生活方式和学习方式。发源于智能手机中的APP（英文application的缩写）原本特指设计人员为了满足使用者达成不同的目的而专门制作的一类程序，现在泛指移动设备中的第三方应用程序。APP普遍具有便捷性、个性化、趣味性等突出优势，一开始投放就被尝试应用于教育领域[1]。随着近年来互联网的普及，APP的教学应用则有了更强大的功能支持，如云数据库为部分APP提供了充分的资源保障，通过APP能便捷获取大量的云端信息——这些数据可以是百科知识的文本也可以是化学主题音像素材；学习者还可以借助APP的即时通讯技术实现师生互动，或者在千里之外与课堂对接实现远程学习——技术造就的灵活多样的形式使得学习的交互不再局限于课堂之中。

化学作为一门自然科学，其学习的独特性在于所涉及的主题多从微观特征、宏观现象以及独有的符号体系三个方面彰显三重表征规律[2]，所以，对中学生来说，深度理解难免会有一定的困难,也正是因为这样的特殊性，化学教学过程中除了采用传统的教学媒体，还需要一批能够化抽象为具体、化繁为简的技术支持来帮助学生更好地思考化学问题。因此，已经广泛使用的智能手机或其它移动设备所承载的化学学科APP，不仅仅是对化学教师执教的有益补充，更成为学生开展非正式学习活动、实施问题解决的有力工具。合理有效地利用APP，对于改进化学教学、推动教育信息化的进程都具有重要的理论意义和实践价值。

二、基于智能移动终端的化学教学APP

智能移动终端的迅猛发展和普及，使得智慧学习环境的构建有了新的支撑[3]。教学APP的智能性、便捷性和交互性，能成为教学策略革新的有效工具。但是如何充分利用该新兴移动教学资源使其更好地服务于教学，则是目前学科教师和教育技术研究者需要考虑的问题。基于此，本文针对化学学科APP依据不同的功能和特点进行了分类梳理。

1.教学游戏类

教学游戏是指基于教学安排开发的具有一系列特定规则的结构化事件，它们的发生会促使学习者以优于竞争者或自己先前行为表现的方式，力争完成一个特定的目标[4]。教育游戏将教育内容与游戏融合起来，带有明显的、有意图的教育性，是能够帮助学生认识、学习、培养和发展潜在智能的载体，其中，学习者、游戏和教育内容是教育游戏所必须具备的条件[5]。表1介绍了三款化学教学游戏APP，它们能够实现将游戏的互动性和趣味性融入到移动教学资源之中，相较于传统的教学游戏形式，APP对游戏的呈现更为生动，与学生的互动也更加多样。这便能让学生在玩游戏获得乐趣的同时，激发出对学习内容自主探索的积极性。

表1 教学游戏类APP例举

表1中的三款APP立足于不同的视角，将微观粒子的组成与构造以生动形象的方式呈现出来，从而帮助学生更加直观地来理解这些问题。以“碳”为例，学生可以在Nova Elements的“构造原子”功能中，通过增减质子、中子、电子，很方便地了解到碳原子的构造、组成等。在“原子9号”游戏中，学生连接微粒以构建如“二氯乙炔”的含碳化合物分子，以游戏的形式轻松识记该分子的元素组成及结构。而在Toca Lab中，“碳”变成了一个可爱的卡通形象，学生能直观地了解到碳单质的性质。

2.教学模拟类

教学模拟是一种通过信息技术来实现教学过程虚拟化展示的手段，发挥表征部分系统的结构或动态过程以构造学习环境的作用[6]，适用于解决教学过程中影响教学效率的难题，如难以口述的抽象概念、繁琐费时的操作、危险或不可逆的过程等。表2介绍的化学教学模拟类APP，和传统的图片或幻灯片的静态展示相比，它们特有的动画演示能给学生带来更加生动直观的视觉体验，从而能有效帮助学生规避抽象繁琐的学习过程，不仅能大大节约学习时间，也能更好地进行自主性的实践活动。

表2 教学模拟类APP例举

模拟化学实验室的APP使学生在家自主探究药品的混合和创意实验设计成为可能。在实际实验过程中，学生难免会接触到一些具有腐蚀性、有毒易燃的药品，其中潜在的安全隐患使得在学校教学过程中不可能放任自由，甚至不能放手让学生自行操作。化学家（CHEMIST）和烧杯（BEAKER）均可用于模拟实验，制备氯气实验过程较为复杂，包含了生产、净化、收集等流程，因此，可以选择化学家（CHEMIST）来完整模拟，而类似钠在氯气中的燃烧反应便可以用烧杯（BEAKER）来做模拟，流程简单且现象明显。学生甚至可以在APP里操作大量金属钠和水反应从而发现可能导致的后果，发现药品之间发生反应产生有毒物质的可能性——从这个层面来看，有利于增加学生的科学风险认知并培养相应的决策能力。

3.教学工具类

教学工具是一种帮助教师学生解决日常教学障碍的辅助手段。信息化教学工具类APP最突出的特点在于拥有丰富的内容储备、强大的功能交互等，加之移动设备的硬件支持，这些APP比起传统教学工具更加便捷。表3介绍的化学教学的工具类APP，它们整合了各类知识要点和学习工具，可以为教师及学生提供更好的帮助。

表3 教学工具类APP例举

元素知识属于化学教学中繁杂的一部分，以元素性质的递变规律、元素之间的差异与共性等内容为例，学生靠死记硬背难以达到效果，而通过使用Merck PTE来进行数据的罗列与对比，可以直观地呈现同族同周期元素之间的关联性，从而提高教学的效率。有机化学涉及庞杂的有机化合物，以苯的同系物和衍生物为例，从苯环演化而来的化合物有千千万万，结构既复杂又相似。对此教师可以借助MolPrime绘制结构的功能，对复杂的化合物进行分步讲解，从而帮助学生循序渐进地理解有机物的组成与构造。另外，书写复杂的化学方程式也是教学难点之一，以高锰酸钾与浓盐酸的反应为例，其中，涉及到多个原子的价态变化且反应系数较大，借助化学方程式工具箱完成方程式的配平，甚至只需填入反应物即可自动补充成完整的方程式。

4.教学拓展类

拓展本义为拓宽眼界、扩展能力，教学拓展则是在个人现有学习范围之外延伸学习的广度与深度的手段。现如今，网络日趋发展，教学拓展类APP更是借助了云技术，让学生可以轻松获取大量优质的移动教学资源。表4列举了适合于化学学习的APP，学生可以充分利用自己的空余时间，来自主学习课堂内外的化学知识。

表4拓展类APP例举

化学的学习之路是无穷无尽的，在课堂之外，还可以使用许多丰富多样的方式来领略化学的魅力。刚开始学习化学，科普性质的内容更受学生的喜爱，“神奇的化学元素在行动”中便收录了许多有关元素单质的小实验，这样有趣的小短片往往更容易引起学习兴趣。在学习理论知识的过程中，通过总结有助于学生更好地掌握化学知识之间的内在联系，而AL CHEM中归纳梳理的化学教学资料，有助于学生更加综合系统地掌握化学知识。进一步学习化学的重要途径是查阅文献，ACS Mobile作为美国化学会期刊的官方APP，拥有丰富的化学拓展内容，定期的更新便于及时获取最新的化学知识，提供的权威文献有助于学生更加深入地了解化学的本质。

此外，智能手机中的摄像头像素较高，传感器功能多元化，联系配套APP可以完成延时摄影、高速摄影、热成像摄影、显微摄影等科学影像创作[7]，在化学教学尤其是实验教学中发挥记录、表征的功能，甚至能作为获取、分析实验数据的有力工具。李嘉老师曾利用安卓智能手机的CMOS传感器并配合安卓手机软件Color Grab来获取不同浓度透明有色溶液的各种参量，并将相应数据导入Excel处理后得到相应的色差值，通过建立色差值与浓度之间的数值关系，再利用智能手机采集待测透明有色溶液的色差值，即可得到待测溶液的浓度[8]。

三、反思与展望

随着科技的日益进步，越来越多的移动教学资源和高性能工具被引入学校课堂和学生生活中，相较于教学演示，其实优秀实用的APP更适合成为自主学习、碎片化学习和非正式学习的工具，大大拓展学习的时间和空间，能完成模拟实验验证、自主探索等任务，做到传统教育方式所不能达成的学习效果。不过目前化学教学主题APP仍不能得到很好的推广使用，最主要的问题出自于教育APP自身。首先，应用方面大都停留于浅层次阶段，功能不够全面，后续完善跟进缓慢，学生无法获得更自由更全面的体验；其次，制作目的太局限于解决单一问题，忽略了各个知识部分之间的联动，零散的知识结构对系统性的学习没有太大的实际效益；再次，就制作成效来说，大多数都存在着使用过程完全独立的弊端，无法让学生与学生、学生与身边的其他人之间有交流互动的机会；最后，很少有教育APP重视有效的评估支持，这便直接导致了学生无法准确判断自己使用过后是否产生实际效果，教师或家长也很难得到正确的预估和反馈。当然，中学教学管理中对于学生携带手机或其他电子设备管制的严格，家庭经济条件的限制，以及学生使用智能手机或平板电脑玩游戏耽误学习的隐患，都是造成这些教育APP在化学教学中不能得到广泛应用的重要因素。

因此，在教育APP的发展过程中，还存在着许多值得我们探索和思考的问题。

（1）APP的制作者拥有专业的研发能力，教育工作者拥有丰富的教学经验，双方应如何协作来提升教育APP的质量？

（2）现有的教育APP也有部分优秀的作品，如何将它们更合理地与课堂教学接轨，将移动教学资源的优势进一步体现出来？

（3）在如今教育APP繁杂但良莠不齐的现状下，如何给出一系列评估指标，从而客观地鉴别教育APP的优劣？

[1]胡曦.浅论APP应用程序在大学英语教学中的应用[J].科教导刊,2013,(30):67-69.

[2]毕华林,万延岚.化学的魅力与化学教育的挑战[J].化学教学,2015,(05):3-7.

[3]黄荣怀,杨俊锋,胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境——学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究,2012,18(01):75-84.

[4]王广新,董飞.计算机教学游戏的基本结构与特征综述[J].中国电化教育,2006,(07):77-80.

[5]薛婧,齐振国,吕芳.国内教育游戏现状研究综述[J].教育信息技术，2015,(03):53-55.

[6]陈凯,陈昌云,陆真.化学教育英文网络资源分类例谈[J].现代教育科学,2017,32(03):47-52.

[7]江芸,周冰.智能移动设备在科学影像创作中的应用[J].中国科技教育,2016,(04):58-59.

[8]李嘉.利用安卓智能手机快速检测透明有色溶液的浓度[J].化学教育,2017,38(01):57-60.