李文良

攜手手持技術(shù) 助力科學教育

李文良

學校科學教育在公民科學素質(zhì)建設(shè)中具有基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性地位?？茖W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(yǎng)科學精神為內(nèi)容，以提高學生科學素養(yǎng)為目標的教育活動。而化學作為一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的自然科學，在科學教育中發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。將手持技術(shù)應(yīng)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(yǎng)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(shù)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(yǎng)學生智力、發(fā)展學生能力的實體因素[2]?？茖W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(guī)律的客觀描述和理論總結(jié)，起著基礎(chǔ)性的作用[3]。

例如，我?；瘜W興趣小組開展課題為《利用手持技術(shù)探究中和反應(yīng)溶液的溫度與酸堿性的變化》(以下簡稱《中和反應(yīng)課題》)的活動中，學生實時地觀察反應(yīng)過程中溶液的溫度和酸堿性(pH)的變化，驗證了酸堿反應(yīng)的特點，鞏固了課堂上的知識。同時，學生發(fā)現(xiàn)了意外現(xiàn)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?yōu)闊o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(xiàn)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(guān)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(yīng)該掌握的科學方法包括積累經(jīng)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(yīng)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(jiān)測反應(yīng)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(shù)據(jù)的自動記錄以及記錄曲線的自動生成，這里關(guān)注的是對學生觀察法、實驗法、圖表法等方法的培養(yǎng)；而實驗數(shù)據(jù)的分析處理、意外現(xiàn)象的合理解釋以及中和反應(yīng)概念的形成，關(guān)注更多的是對學生理性思維方法的培養(yǎng)。

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(zhì)和過程特征，是科學教育領(lǐng)域最受關(guān)注的內(nèi)容之一。科學探究是以科學實驗為基礎(chǔ)、用科學方法展開的探究過程。手持技術(shù)的引入為科學探究提供了強大的技術(shù)支持，學生可以利用手持技術(shù)進行大量實驗數(shù)據(jù)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(yǎng)自身的創(chuàng)新精神和實踐能力。

中和反應(yīng)課題中，學生要對反應(yīng)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(shù)據(jù)的含義。手持技術(shù)強大的數(shù)據(jù)處理功能可以幫助學生進行快速而準確的數(shù)據(jù)處理。學生就擁有更多的時間可以思考、設(shè)計、評價實驗方案，最終獲得解決問題的方案。因而手持技術(shù)能有效促進學生實驗操作能力、科學探究能力的發(fā)展。

4.形成科學觀念

科學觀念，是科學知識和方法的總結(jié)和升華，是學生在科學活動中經(jīng)過思考、探索、總結(jié)而形成的一種思維習慣和理性意識。科學觀念可以指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)科學問題、為科學方法提供合理性的辯護、啟發(fā)猜想的形成和假說的建立、提示科學研究工作應(yīng)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(xiàn)在“觀念為本的課程與教學”，強調(diào)培養(yǎng)學生持久性影響的科學觀念。手持技術(shù)在化學觀念的建構(gòu)發(fā)揮著獨特的作用[6]。

中和反應(yīng)課題中，手持技術(shù)的優(yōu)勢實現(xiàn)了化學實驗從定性分析到定量分析的轉(zhuǎn)變，幫助學生建構(gòu)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(gòu)；生成物的探討基于質(zhì)量守恒元素觀的建立；中和反應(yīng)本質(zhì)的研究、概念的建立與升華涉及微粒觀和分類觀的建構(gòu)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(guān)于物質(zhì)世界存在與發(fā)展變化的哲學判斷，但有利于并加深學生對物質(zhì)世界的認識，促進學生科學觀念的形成[7]。

5.培養(yǎng)科學精神

科學精神，指學生在進行與科學有關(guān)的認知與實踐活動中所表現(xiàn)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(yǎng)的培養(yǎng)則是科學教育的靈魂。

中和反應(yīng)課題中，初中化學認為酸堿恰好反應(yīng)時，無色酚酞剛好由紅色變?yōu)闊o色，溶液pH=7。然而，手持技術(shù)實驗，酚酞在pH=8左右發(fā)生了變色，這就要求學生認真分析原因，不能草率，從中培養(yǎng)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(xiàn)象時，重點培養(yǎng)學生求真求實和團結(jié)協(xié)作的精神。由于手持技術(shù)設(shè)備昂貴，實驗操作程序和操作規(guī)范要求學生認真對待，實驗現(xiàn)象要求學生耐心細致地觀察。應(yīng)用手持技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能時，學生可以充分利用數(shù)形結(jié)合思想，在“做”中體會數(shù)據(jù)處理的意義，完善對科學探究的認識，培養(yǎng)細致嚴謹、堅持真理、積極探索的科學精神。

二、手持技術(shù)在科學教育中應(yīng)用的思考

從手持技術(shù)在科學教育的應(yīng)用來看，手持技術(shù)在我國中學校園的應(yīng)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(shù)的結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(yǎng)。

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

第三，體現(xiàn)新課程發(fā)展的要求。新課程提出以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)為主旨，而科學探究是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的首要途徑。手持技術(shù)的引入，不僅對學生學習方式的轉(zhuǎn)變、科學探究能力和信息素養(yǎng)的培養(yǎng)等具有重要意義；而且可以讓學生了解科學技術(shù)的發(fā)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(xiàn)了新課程對課程內(nèi)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(guān)亮亮.我國中學科學教育的現(xiàn)狀、問題和研究對策[D].重慶:西南大學,2013.

[4] 錢揚義,彭豪.數(shù)字化微型氣象站在科學教育中的應(yīng)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(nèi)涵分析與教學建構(gòu)[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