| 类型：转载 | 来源：广州市丁革兵名教师工作室 | 作者/推荐人：唐继平 林朝惠 | 点击量：431937 | 时间：2019年10月26日 17:18:38 |
手持技术助力化学优质教学，数字实验贯彻核心素养培养
——华南师范大学钱扬义教授在丁革兵名师工作室作指导讲座
在互联网时代，信息技术如何服务教学？信息技术如何为学生的核心素养发展助力？这是目前很多中学老师困惑的问题之一。
2019年9月8日上午，华南师范大学化学学院博士生导师、“国培计划”首席培训专家钱扬义教授受邀到广州市第八十六中学，再次为“广州市李赤教育专家工作室”、“广州市丁革兵名教师工作室”全体成员开设专题讲座，讲座分上下午两场进行，主题分别是《手持技术数字化实验支持下的化学概念学习》和《应用手持技术数字化实验比较有机醇的分子间作用力》。
图1 正高级教师丁革兵老师主持会议 上午的研修分为三个环节，即工作室成员代表汇报前期作业、钱教授作讲座、学员利用“世界咖啡屋”的方式展示学习感悟。 环节一：“学以致用，理念落实”——成员汇报 在讲座之前，两大工作室成员已经一起听了钱扬义教授的讲座《教学研究：从化学教学设计的“二次建构”做起——“二次建构”是中学化学研究型教师成长的助推器》，各位学员都对“如何将基于知识的教学设计原稿，蜕变为基于核心素养的高层次教育教学论文？”有了新的想法和方向。“广州市丁革兵名教师工作室”有好几个成员连夜修改了自己的教学设计。 今天讲座开始前，“广州市丁革兵名教师工作室”成员刘惠茹老师作为代表，汇报了昨晚修改的“二次建构”的教学设计，教学设计题目为《理解化工生产中“pH值调节”目的》。该设计的提出是基于老师对学生做化工题的主要困惑及归因分析，通过转变角色，改编化工流程图，体验真实化工生产中需要分析的原理、成本、装置、操作、环保而理解真实情境下化工生产“pH值调节”的目的； 通过转化流程，反思分析化工流程中“pH值目的”答题思路；通过学生的交流、讨论，绘制思维导图，形成分析化工流程中“pH值调节”一般思路模型。
图2 刘惠茹老师在汇报
图3 钱扬义教授点评 钱教授对刘老师的教学设计进行点评，钱扬义教授从问题解决的角度出发，提炼解决问题的模型，即是“建模-辩模-用模”来解决和落实学生的“真实化工生产中pH值调节”。钱教授对刘老师的教学设计中的“建模”、“辩模”环节设计思路和方式极为赞赏，建议增加“用模”环节，来落实解决学生“真实化工生产中pH值调节”的困惑。 环节二：“手持技术，助力教学”——专家讲座 随后，钱教授介绍了“数字化手持技术化学实验与远程化学实验、化学教育游戏开发、信息技术支持下的科学学习以及化学教材与化学概念心理学研究”，以及“520化学网”的发展历程。
图4 钱扬义教授讲座照片 钱扬义教授从1998接触手持技术，一直研究手持技术在化学教研领域的应用，已经足足20年了。据钱教授回忆：20年前，有一位以色列的专家送给他一套温度传感器相配套的数字化实验仪器，从此走进了数字化实验的世界。从2003年发表第一篇关于手持技术的论文开始，手持技术在钱教授的学术生涯里就扮演着十分重要的角色。 从2008年至今，10年过去了，钱教授对手持技术在化学教研领域的应用的研究论文数量剧增，共计66篇，已经形成并建立了一个体系。 钱教授指出，手持技术是教育信息化进程中产生的先进教育认知工具,集数据采集与分析于一体，具有定量化与可视化特点，可帮助学生克服抽象化学知识学习中的认知难点。手持技术数字化实验与化学教学的融合始于宏观层面的“研究案例”开发，并逐渐深入至微观层面的“认知模型”建构。
图5 手持技术 数字化实验特点
图6 手持技术的 定义 为了丰富手持技术在认知心理层面的研究内容，钱教授根据认知建构主义学习理论，首次提出基于手持技术的TQVC概念认知模型，即转化(Transformation)-量化感知(Quantitative Perception)-视觉感知(Visual Perception)-比较(Compare)概念认知模型，并以高中微观化学概念“化学平衡”为例，阐明该模型如何应用于教学实践，通过对学生和教师的调查研究，进一步验证模型的实际应用效果。 20年的研究发现，TQVC概念认知模型，将有助于教育工作者从心理学角度认识学生在手持技术环境下进行概念学习的认知规律，进而在化学教育实践中科学有效地开展基于手持技术的信息化概念教学。 环节三：“头脑风暴，凝练提升”——学习感悟 讲座结束后，学员们利用“世界咖啡馆模式”，大家分组讨论交流，绘制出讲座感想的思维导图并分组进行了阐述。
图7 李赤校长指导“世界咖啡屋”讨论 图8 李赤校长参与数字化实验讲座讨论
图9 小组展示 图10 小组展示
图11 小组展示 图12 小组展示 工作室成员一致认为手持技术数字化实验高大上，但它将抽象的概念具体化，从定性的分析到定量的分析，大大提升了证据推理。期望它能落地，走进学校实验室，帮助学生理解化学概念。数字化实验的大量普及且更好地服务化学教育，实现“技术改变教育，教育改变人生”。 下图是各小组展示的成果。
图13 小组思维导图
图14 小组思维导图
图15 小组思维导图
图16 小组思维导图 钱教授对小组的展示给与了认可与赞赏，并鼓励大家多参与、多投入手持技术数字化实验为教育教学服务。努力实现“拼搏人生、健康人生、智慧人生、幸福人生”。
图17 钱扬义教授笑谈人生
图18 工作室主持人李赤校长和丁革兵老师为钱教授颁发讲座证明 通过上午的讲座学习，学员们表示，手持技术的发展丰富了高中化学实验的数据测量和数据收集手段，使传统实验的内容更加丰富。一种新的技术融入到化学课程教学当中，需要教师及其教育实践者借助这种技术有效指导和改变教学实践上。希望名师工作室的成员都可以运用手持技术数字化实验，做出更多的教研成果！
图19 钱扬义教授讲课照片 图20 手持技术化学实验体系 下午的研修分为三个环节，即钱扬义教授作讲座、钱扬义教授工作室两名研究生黄倩莹、林惠梅利用手持技术仪器现场实验并展示研究成果，最后是李赤校长总结发言。 环节一：“分享手持技术体系的发展历程”——专家讲座 在讲座中，钱扬义教授再次指出，手持技术是一种先进的教育信息技术，具有定量、可视、综合等特点，可作为认知工具帮助学生克服概念学习中存在的认知难点。 钱教授的研究团队从2003年开始探索 “手持技术数字化实验在化学教学中的应用”，持续至今，已经16年。钱教授根据认知建构主义学习理论，提出了基于手持技术的TQVC化学概念认知模型，并以高中微观化学概念“分子间作用力”为例，详细说明该模型如何应用于教学实践，最后通过对学生和教师的调查研究验证模型的实际应用效果。
图21 黄倩莹同学在案例分享 图22 钱扬义教授讲课 钱教授团队丰富了手持技术在概念教学领域的研究内容，有助于化学教师认识学生在手持技术支持下进行概念学习的认知规律，进而在教育信息化进程中科学有效地开展基于手持技术的化学概念教学。
图23 黄倩莹同学在介绍实验方案设计
图24 分子间作用力现状分析 环节二：“手持技术数字化实验的应用案例研究”——专家团队分享 研究生黄倩莹和林惠梅同学汇报了钱扬义教授工作室成员多年的研究成果。黄倩莹介绍了利用手持技术，通过测量不同的液体醇(同系物或同分异构体)在相同条件下蒸发时的温度变化曲线，比较不同液体分子间的作用力，并得出以下结论：在相同条件下，蒸发时温度曲线下降幅度越大，下降速率越快的液体，其分子间作用力越小。
图25 实验结果分析
图26 指导论文写作 黄倩莹同学重点介绍TQVC概念认知模型，即转化(Transformation)-量化感知(Quantitative Perception)-视觉感知(Visual Perception)-比较(Compare)概念认知模型，并以高中微观化学概念慕课《离子反应》为例，阐明该模型如何应用于教学实践，进一步验证该模型的实际应用效果。
图27 林惠梅同学在介绍 图28 黄倩莹和林惠梅同学在现场展示
图29 黄倩莹同学在展示手持技术的实验仪器和实验改进方法
图30 黄倩莹和林惠梅同学用模型展示分子间作用力的形成 黄倩莹同学还介绍了钱扬义教授基于手持实验即时收集数据和自动生成曲线的技术背景。钱扬义教授于2009年首次提出“曲线表征”的定量分析方法，并构建化学“四重表征”教学模式，包括“宏观表征－微观表征－符号表征－曲线表征”；其中“曲线表征”是以手持实验(微型数字化实验)所得曲线为分析模板，学习者要将曲线的起点、终点、拐点等特殊点、曲线变化趋势及不同线段与实验现象、微粒变化和反应方程式建立联结，最终在头脑中以坐标图曲线的形式反映实验中因变量与时间变量的关系。“曲线表征”后确定为“图像表征”，“化学四重表征”的最大意义在于将化学教学与互联网工具和传感器等强大电子信息技术融为一体，价值、影响深远。 针对讲座的主题，黄倩莹同学还介绍了论文的写作步骤：1.问题提出，强调重要性和必要性。2.实验设计和探究。3.实验结果与分析。4.实验结论。5.总结展望。实现研究成果论文化。 环节三：“手持技术数字化实验的应用案例研究”——专家点评 分享结束后，学员们纷纷表示开拓了视野，对互联网下信息技术的化学实验教学中的应用有了初步认识。两大工作室主持人李赤校长和丁革兵老师为钱扬义教授、黄倩莹和林惠梅同学颁发了讲座证书，衷心感谢他们充满激情地、有教育情怀的分享。
图31 颁发证书（从左到右分别为：李赤、黄倩莹、钱扬义、林惠梅、丁革兵）
图32 李赤校长作精彩点评
图33 幸福大家庭的幸福时刻 李赤校长表示钱教授工作精彩、生活精彩，百分百的时间在工作也是在生活。 李赤校长鼓励工作室成员向钱教授学习，多做学科研究，将数字化化学做好，将化学的趣味性和科学性有机结合，激发学生的学习兴趣。李赤校长同时鼓励工作室学员们提出质疑，只有交流互鉴才能进步。李赤校长期望钱教授的学术活动能常态化地进入普通高中校园，指导和激励中学老师做有行动的研究者。 通过学习，学员们表示，数字化实验作为采用信息技术的教育手段，拥有数据采集的实时性，实验过程的可视化，图像生成的自动化等快速高效的特点，能够直观的多维的展示实验。数字化实验的进一步推广和深入研究将推动化学教育逐步走向信息化和现代化，提升教学效率，提高学生图像表征能力。学习开拓了我们的视野，提升了我们对教师专业成长的感悟。
编辑：蓝海航
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