钱扬义教授工作室2019届硕士研究生陈秋伶、林丹萍、李绮琳在《化学教育》发表手持技术数字化实验系列论文

      钱扬义教授工作室2019届硕士研究生陈秋伶、林丹萍、李绮琳在核心期刊《化学教育（中英文）》2020年第1期发表3篇手持技术数字化实验论文。

      【《化学教育（中英文）》编者按】手持技术数字化实验（以下简称手持技术实验）是信息技术与化学教育教学深度融合的典范。华南师范大学化学学院钱扬义教授于1998年开始研究手持技术实验，于2003年在本刊发表国内第一篇手持技术实验论文。历经22年研究与实践，钱扬义教授及其研究团队在手持技术实验方面获得丰硕成果，产生深远影响：

      （1）提出了手持技术实验支持化学概念学习的“TQVC”认知模式和手持技术实验结果分析的“四重表征”模式；构建了手持技术实验教学“6S”和“10C”等模式。

      （2）出版专著3部，发表CSSCI期刊论文23篇、核心期刊论文35篇、其他期刊论文14篇，指导涉及手持技术实验选题的硕士学位论文12篇、会议论文5篇；承担3个国家级研究项目；“520远程化学实验室软件”获得国家计算机软件著作权。

      （3）教师职前教育方面，在全国率先开设了本科生和研究生手持技术实验必修课、省级在线开放课程，受益的本科生和研究生约3000人；建设3个配套实验室和2个配套网站；获东芝杯中国师范大学理科师范生教学技能创新大赛一等奖1次、二等奖2次、三等奖2次；6次获省级或校级教学成果奖；合著和主编教师职前教育教材5部；承担6个省级教育研究项目。

      （4）教师职后培训方面，手持技术实验是华南师范大学化学学院承担的中学教师“国培计划”和“省培计划”培训课程的特色内容，并形成手持技术实验“一体化”培训课程体系，接受直接培训的教师达4000人，在全国各地建立80多所教学应用基地，加速大批中学名师和骨干教师专业发展，为让读者充分了解他们的研究成果，特别刊发一组文章，以促进中学化学实验教学质量的提升！

一、陈秋伶：《利用手持技术数字化实验促进学生原电池概念认知——Zn－Cu－稀硫酸原电池与Zn和稀硫酸反应的比较 》

（1）研究内容

      以Zn-Cu稀硫酸原电池与和Zn和稀硫酸反应的比较实验为例，探讨根据 TQVC概念认知模型，设计促进学生原电池概念认知的手持技术数字化实验。具体过程是：将原电池概念关键内涵转化为可测量的温度和电流概念的关联属性，利用温度传感器和电流传感器测量实验的热能和电能的变化，通过实验数据、曲线及其四重表征分析得到实验结论，并判断实验设计的有效性。对实验设计的关键和实验证据的使用进行了讨论。

实验装置图 

原电池TQVC概念认知模型

温度-时间变化曲线

（2）研究结果

      本研究设计的原电池手持技术数字化实验，不仅实验设计可靠，实验证据充分，而且实验结果一致，实验结论有效，有助于促进学生原电池概念认知。

（3）研究价值

      TQVC概念认知模型可以作为设计针对性手持技术数字化实验，促进学生抽象概念学习的理论基础。可以按照 “目标概念关键内涵—相关联概念—熟悉又常见的物理量关联属性—传感器—实验数据和曲线”综合思路设计实验。实验数据、曲线及其四重表征分析不仅可以用于实验结果分析，判断手持技术数字化实验设计的有效性，也有助于支持学生进行认识抽象概念关键内涵的证据推理活动。

二、林丹萍：《手持技术数字化实验支持下的抽象化学概念学习——以探究比较丁醇同分异构体的分子间作用力大小为例 》

（1）研究内容

      分子间作用力是中学化学的重要概念。因 “分子间作用力”涉及的抽象内涵不易被直接感知，且传统教学中难以通过实验案例启发学生思考，学生对该概念的理解主要停留在定性规律的机械记忆上。本研究以丁醇同分异构体为例，根据TQVC概念认知模型设计手持技术数字化实验，并结合四重表征分析法，从宏观、微观、符号３个角度分析曲线，对丁醇分子间作用力的存在和影响因素进行直观的、动态的、准确的探究。

实验装置图

分子间作用力TQVC认知模型

温度-时间变化曲线

（2）研究结果

      本研究通过手持技术数字化实验对丁醇同分异构体的蒸发进行探究，得出以下结论：

①手持技术数字化实验支持下， “分子间作用力”在宏观会影响由分子构成的物质的蒸发过程，分子间作用力越大，宏观体现为蒸发过程越困难。蒸发导致剩余液体能量降低，表现为液体温度下降。因此，可以用可测量的 “温度”变化来证明不可测量的微观抽象概念 “分子间作用力”的存在。

②在丁醇的同分异构体中，对于位置异构的同分异构体，其分子间作用力大小规律可用空间位阻来判断，微观结构中的空间位阻越大，丁醇的分子间作用力越小；对于官能团异构，其分子间作用力大小规律可用氢键来判断，叔丁醇能形成氢键，而乙醚不能，故分子间作用力：叔丁醇 ＞ 乙醚。

③丁醇同分异构体混合液的分子间作用力小于任一组分的分子间作用力，２种有机物形成负共沸物时，混合物沸点比２者更低。

（3）研究价值

      本研究通过手持技术数字化实验，比较丁醇同分异构体的分子间作用力大小，帮助学生科学建构微观抽象的 “分子间作用力”概念。该实验具有较强的课堂操作性和可重复性。同时，本研究可为教师提供简单易行的实验教学案例，在化学教育实践中促进学生科学建构 “分子间作用力”概念，发展学生宏观辨识与微观探析及证据推理的核心素养，并为同类化学概念的教学改进提供新范式与参考依据。

三、李绮琳：《利用手持技术数字化实验促进学生对配合物概念的学习——以铜氨配合物的形成和破坏过程为例》

（1）研究内容

      从高中 “配合物”概念教学中值得探讨的问题出发，以手持技术TQVC概念认知模型为理论依据，利用手持技术pH和电导率传感器对铜氨配合物的形成与破坏过程进行探究。首先以氨水滴定硫酸铜溶液，然后以硫酸反滴定铜氨配合物溶液。与此同时，利用手持技术获取反应过程中的pH和电导率变化曲线。再根据四重表征模型，从宏观、微观、符号、曲线４个角度对反应过程进行分析，从而揭示反应的本质，多维度实现 “配合物”概念的有效建构。

实验装置图

配合物TQVC概念认知模型

pH变化与电导率变化曲线

（2）研究结果

      ①本研究在TQVC概念认知模型指导下，根据 “转化—量化感知—视觉感知—比较”的认知过程，寻找到与抽象目标概念相匹配的可视化可测量的关联属性即pH和电导率，从而针对性地进行手持技术数字化实验设计。实验结果表明，测量所得的2种 关 联 属性数据非常一致。因此，根据TQVC概念认知模型设计促进学生对 “配合物”概念学习的手持技术数字化实验是有效的。

      ②本研究根据四重表征理论，从宏观、微观、符号和曲线４个维度清晰地分析了铜氨配合物的形成和破坏过程。

      ③本研究结合TQVC概念认知模型和四重表征理论，有效地设计了手持技术数字化实验，实验设计合理，实验证据充分，实验结果一致，实验结论有效，有助于促进学生对 “配合物”概念的学习。

（3）研究价值

      与传统教学中教师演示实验，仅从宏观现象出发讲解反应过程不同，本实验利用手持技术，根据TQVC概念认知模型，从配合物这一目标概念出发，寻求概念与学生认知结构中已有知识间的联系，选取手持技术中的pH和电导率传感器对反应过程进行直接测量，获得直观、可视的曲线图像，在学生头脑中生成可操作的曲线表象，由此建立新旧知识间的联系，从而弥补传统实验的不足。

      与教材中仅呈现配合物的形成过程不同，本研究对同一配合物的形成与破坏进行探究，有利于培养学生在化学学习中的逆向思维，扩大学生的思维容量。利用四重表征模型，从宏观、微观、符号和曲线４个方面对反应的各阶段进行分析，以曲线表征建立宏观现象与微观粒子变化之间的联系，并以符号对反应过程进行描述，多维度实现“配合物”概念的有效建构。

【钱扬义教授邀请】华南师范大学《手持技术数字化实验》慕课第二期开课啦！干货满满，免费学习！

尊敬的各位老师和亲爱的同学们：

       大家好！华南师范大学博士生导师钱扬义教授在中国大学MOOC开设的《化学教学论手持技术数字化实验》第二期现已开课。第二期课程新增实验案例、学术讲座等视频，补充大量实用的非视频资源（实验图表数据、教学讲义、教学PPT、实验论文、拓展论文等），课程体系更加完善，课程资源更加丰富，欢迎参加过第一期的学员继续选课！欢迎新伙伴加入我们！

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