攜手手持技術 助力科學教育

李文良

攜手手持技術 助力科學教育

李文良

學校科學教育在公民科學素質建設中具有基礎性和戰略性地位。科學教育，是以傳授科學知識、訓練科學方法、形成科學觀念和培養科學精神為內容，以提高學生科學素養為目標的教育活動。而化學作為一門中心的、實用的和創造性的自然科學，在科學教育中發揮著舉足輕重的作用[1]。將手持技術應用于化學教育，本身就是開闊視野、與時俱進的舉措；同時為科學方法的培養和科學精神的塑造等方面的科學教育提供了鮮活的素材。

一、利用手持技術進行科學教育

1.增長科學知識

在科學教育中，科學知識是培養學生智力、發展學生能力的實體因素[2]。科學知識，是科學活動中的科學成果，是對事物的基本屬性和運動規律的客觀描述和理論總結，起著基礎性的作用[3]。

例如，我校化學興趣小組開展課題為《利用手持技術探究中和反應溶液的溫度與酸堿性的變化》(以下簡稱《中和反應課題》)的活動中，學生實時地觀察反應過程中溶液的溫度和酸堿性(pH)的變化，驗證了酸堿反應的特點，鞏固了課堂上的知識。同時，學生發現了意外現象：高濃度的氫氧化鈉溶液會使酚酞變色和酚酞剛好由紅色變為無色時，pH并不等于7。這些新收獲涉及高中知識，作為初中生為了解釋這些奇妙的現象，需要查閱資料獲取更多的信息，拓展學科知識面。

2.訓練科學方法

科學方法是學生認識、掌握、運用科學知識的重要工具，是在科學探究與解決問題過程中所采用的方式。掌握和運用科學方法的過程，對學生能力的形成和提高起關鍵性作用。只有掌握了正確的科學方法，才能使原有的科學知識不斷得到擴充。中學階段，學生應該掌握的科學方法包括積累經驗材料的方法(感性)和進行理論思維的方法(理性)[4]。

中和反應課題中，學生用無色酚酞試劑、pH傳感器和溫度傳感器實時監測反應過程中溶液的溫度和酸堿性的變化，其中涉及指示劑顏色的變化，pH和溫度數據的自動記錄以及記錄曲線的自動生成，這里關注的是對學生觀察法、實驗法、圖表法等方法的培養；而實驗數據的分析處理、意外現象的合理解釋以及中和反應概念的形成，關注更多的是對學生理性思維方法的培養。

3.提高科學探究能力

科學探究在較大程度上反映了科學的本質和過程特征，是科學教育領域最受關注的內容之一。科學探究是以科學實驗為基礎、用科學方法展開的探究過程。手持技術的引入為科學探究提供了強大的技術支持，學生可以利用手持技術進行大量實驗數據的采集、分析與處理，體驗科學家的科學實踐過程，并在“做科學”的探究實踐中培養自身的創新精神和實踐能力。

中和反應課題中，學生要對反應過程中溶液的溫度與酸堿性的變化進行定性描述與定量分析，期間學生需要分析與解釋圖像和數據的含義。手持技術強大的數據處理功能可以幫助學生進行快速而準確的數據處理。學生就擁有更多的時間可以思考、設計、評價實驗方案，最終獲得解決問題的方案。因而手持技術能有效促進學生實驗操作能力、科學探究能力的發展。

4.形成科學觀念

科學觀念，是科學知識和方法的總結和升華，是學生在科學活動中經過思考、探索、總結而形成的一種思維習慣和理性意識。科學觀念可以指導發現科學問題、為科學方法提供合理性的辯護、啟發猜想的形成和假說的建立、提示科學研究工作應承擔的社會責任等[5]，指引著科學探究活動的有效開展。新課程改革對“學科觀念”給予充分的重視，體現在“觀念為本的課程與教學”，強調培養學生持久性影響的科學觀念。手持技術在化學觀念的建構發揮著獨特的作用[6]。

中和反應課題中，手持技術的優勢實現了化學實驗從定性分析到定量分析的轉變，幫助學生建構計量觀。此外，高濃度的氫氧化鈉溶液為何使酚酞變色、酚酞的變色范圍等新問題，隱含著實驗探索未知等實驗觀的建構；生成物的探討基于質量守恒元素觀的建立；中和反應本質的研究、概念的建立與升華涉及微粒觀和分類觀的建構等。只有具備基本觀念，學生才能從化學視角理解所觀察到的自然界并切實有效地開展化學認識和實踐活動，雖然化學觀念只是從化學學科的角度論證了辯證唯物主義關于物質世界存在與發展變化的哲學判斷，但有利于并加深學生對物質世界的認識，促進學生科學觀念的形成[7]。

5.培養科學精神

科學精神，指學生在進行與科學有關的認知與實踐活動中所表現的信念、意志和品格。如果科學知識、科學方法的傳授是科學教育的實體，那么科學精神與科學素養的培養則是科學教育的靈魂。

中和反應課題中，初中化學認為酸堿恰好反應時，無色酚酞剛好由紅色變為無色，溶液pH=7。然而，手持技術實驗，酚酞在pH=8左右發生了變色，這就要求學生認真分析原因，不能草率，從中培養學生懷疑批判、尊重實驗事實、實事求是的科學精神。在收集整理資料，檢驗、驗證這一現象時，重點培養學生求真求實和團結協作的精神。由于手持技術設備昂貴，實驗操作程序和操作規范要求學生認真對待，實驗現象要求學生耐心細致地觀察。應用手持技術的數據處理功能時，學生可以充分利用數形結合思想，在“做”中體會數據處理的意義，完善對科學探究的認識，培養細致嚴謹、堅持真理、積極探索的科學精神。

二、手持技術在科學教育中應用的思考

從手持技術在科學教育的應用來看，手持技術在我國中學校園的應用與推廣具有必要性和可行性。

第一，適合于中學生的技能操作與知識運用。手持技術的結構簡單、體積小，易于操作。科學實踐活動中，可以綜合運用多個傳感器進行不同數據的采集與處理，有利于學生多學科知識的綜合運用與學科交叉思維的培養。

第二，滿足信息技術與學科課程整合的需要。傳統科學實驗主要以定性為主，定量較少，而定量實驗重在培養學生良好的科學精神和素養。手持技術的引入，可借助計算機處理實驗變量、驗證假設并探究各變量間的關系，提供了學習科學的諸多機會。此外，手持技術的數據處理系統，具有豐富的數據分析、函數擬合功能，促進了信息技術與數學、物理、化學、生物等學科教育的整合。

第三，體現新課程發展的要求。新課程提出以培養學生的科學素養為主旨，而科學探究是培養學生科學素養的首要途徑。手持技術的引入，不僅對學生學習方式的轉變、科學探究能力和信息素養的培養等具有重要意義；而且可以讓學生了解科學技術的發展趨勢，運用先進的研究方法和實驗手段進行科學實踐，體會科學家是如何做研究的，體現了新課程對課程內容時代性的要求。

[1] 馬勇軍,吳俊明.科學教育概念辨析[J].天津市教科院學報,2006(4):41-43.

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

[3] 關亮亮.我國中學科學教育的現狀、問題和研究對策[D].重慶:西南大學,2013.

[4] 錢揚義,彭豪.數字化微型氣象站在科學教育中的應用與思考[J].中國電化教育,2009(7):88-91.

[5] 陳芳芳.初中化學教科書中科學方法的編制研究[D].沈陽:沈陽師范大學,2011.

[6] 周德紅.談科學思想與科學研究[J].科學, 2012, 64(3):38-41.

[7] 畢華林,萬延嵐.化學基本觀念:內涵分析與教學建構[J].課程·教材·教法,2014(4):76-83.

李文良，碩士，中教二級。福建省晉江市紫華中學，362200