信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科教學(xué)深度融合的案例研究

項(xiàng)佳敏 錢華 馬宏佳 陳凱

摘要：以近兩年全國(guó)“威尼爾”（Vernier）杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的50個(gè)優(yōu)秀作品文本為研究對(duì)象，用內(nèi)容分析法分析作品的教師研究目的、學(xué)生發(fā)展目標(biāo)、學(xué)科教學(xué)策略和技術(shù)使用情況，討論了以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為例的信息技術(shù)在化學(xué)學(xué)科中深度融合的高、低達(dá)標(biāo)維度，并針對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的深度融合提出建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn); 信息技術(shù); 化學(xué)教學(xué); 深度融合; 內(nèi)容分析法

文章編號(hào)：1005-6629（2020）09-0021-07

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1?引言

信息技術(shù)的發(fā)展影響各行各業(yè)，不可能遺漏教育領(lǐng)域，而教育出于自身發(fā)展進(jìn)步的需要，會(huì)很自然地?fù)肀畔⒓夹g(shù)[1]。2012年3月，教育部發(fā)布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》，開(kāi)頭直接引用了《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中首次提出的重大命題：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。[2]”我國(guó)也從信息技術(shù)與課程整合階段進(jìn)入到信息技術(shù)與課程深度融合階段[3]。

2018年1月，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》正式頒布[4]，該標(biāo)準(zhǔn)提出要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的作用，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的深度融合，在化學(xué)教材中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)世界的重要方式，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常遇到部分實(shí)驗(yàn)無(wú)明顯現(xiàn)象、觀察到的現(xiàn)象無(wú)法解釋原理、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與反應(yīng)歷程難于從教材示意圖得到理解等問(wèn)題。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)發(fā)展和科學(xué)教育研究相結(jié)合的產(chǎn)物，以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為例的信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合，是教育改革規(guī)劃所導(dǎo)向，是破解單調(diào)說(shuō)教式實(shí)驗(yàn)教學(xué)較為現(xiàn)實(shí)的措施[5]。

本研究以全國(guó)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)大賽的優(yōu)秀作品為研究對(duì)象，旨在了解信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科的深度融合的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尤其是從實(shí)踐層面研究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，具體受到以下研究問(wèn)題的指導(dǎo)：

（1） 把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入化學(xué)教學(xué)的實(shí)踐，促進(jìn)了師生哪些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)？

（2） 教師在化學(xué)課堂中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用了哪些教學(xué)策略？

（3） 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在融入化學(xué)教學(xué)的過(guò)程中體現(xiàn)出了哪些技術(shù)優(yōu)勢(shì)？

2?理論框架

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是指利用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)[6]。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)最大的特色就是借助傳感器和信息處理終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析，替代人工采集數(shù)據(jù)的模式，實(shí)現(xiàn)了人類感官的延伸，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)超越傳統(tǒng)模式，進(jìn)入數(shù)字化、信息化感知模式。

教育的根本目的是立足于“人的發(fā)展”，信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科的深度融合也是“人、技術(shù)、學(xué)科”的大融合。

從學(xué)生層面上看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與化學(xué)學(xué)科的深度融合體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)認(rèn)知、化學(xué)能力和化學(xué)價(jià)值觀[7]。美國(guó)研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用對(duì)學(xué)生帶來(lái)的影響主要表現(xiàn)在這五個(gè)方面：（1）提高學(xué)生的認(rèn)知能力[8];（2）提高學(xué)生的圖像分析能力[9];（3）提高學(xué)生的科學(xué)探究能力[10];（4）改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度[11];（5）提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)。

從教師層面上看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與化學(xué)學(xué)科的深度融合一方面體現(xiàn)在深化教師的學(xué)科認(rèn)識(shí)，提升教師的教研能力;另一方面體現(xiàn)在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，便于學(xué)生理解，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的限制，從不能解決到能解決、從定性實(shí)驗(yàn)到定量實(shí)驗(yàn)、從間接測(cè)量到直接測(cè)量等。Choo（2005）等人通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)教師并未充分挖掘數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于探究教學(xué)的價(jià)值，在教學(xué)中過(guò)于注重操作技能而忽視了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)[12]。

從學(xué)科教學(xué)層面上看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以基于多重教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生在現(xiàn)有認(rèn)知發(fā)展水平上感知科學(xué)、建構(gòu)抽象化學(xué)概念。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與化學(xué)學(xué)科的深度融合可以變革傳統(tǒng)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，將教師主宰課堂的“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，改變?yōu)榧饶艹浞职l(fā)揮教師主導(dǎo)作用，又能突出體現(xiàn)學(xué)生主體地位的“主導(dǎo)—主體相結(jié)合”教學(xué)結(jié)構(gòu)[13]。

從技術(shù)手段層面上看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中種類豐富的傳感器要能滿足不同的教學(xué)需求，可針對(duì)不同的問(wèn)題進(jìn)行多重表征，同時(shí)該技術(shù)的可操作性強(qiáng)，便于師生理解應(yīng)用。Lavonen（2003）等人針對(duì)一線化學(xué)教師設(shè)計(jì)“李克特量表”問(wèn)卷，得出教師認(rèn)為手持技術(shù)應(yīng)具有的六大核心因素：多功能性、用戶界面、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集、設(shè)置和適用性[14]。

3?研究方法

本文應(yīng)用內(nèi)容分析法研究近兩年由中國(guó)教育學(xué)會(huì)化學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會(huì)與南京師范大學(xué)《化學(xué)教與學(xué)》雜志社共同主辦的全國(guó)“威尼爾”（Vernier）杯化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（簡(jiǎn)稱“V杯賽”）的獲獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)案例文本，以分析50個(gè)較成熟的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例在化學(xué)學(xué)科中深度融合的情況，并嘗試針對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的深度融合提出相關(guān)建議和策略。

3.1?研究對(duì)象

本研究樣本為2018～2019年V杯賽的獲獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)案例文本，有效樣本共計(jì)50篇。按照最新化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的模塊設(shè)置，根據(jù)主題知識(shí)類型對(duì)這些文本重新進(jìn)行分類編號(hào)（見(jiàn)表1）。

3.2?建立評(píng)價(jià)框架

已有的信息技術(shù)與課程融合的評(píng)價(jià)研究文獻(xiàn)成果是確定內(nèi)容編碼的依據(jù)，本研究的評(píng)價(jià)框架主要參考譚超穎[15]和Mukherjee[16]（2013）兩位學(xué)者的論文，并邀請(qǐng)2位課程與教學(xué)論專家對(duì)該研究工具提出建議。

結(jié)合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)文本，本研究從“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的使用情況”“實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量維度”和“實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容領(lǐng)域”這三個(gè)方面進(jìn)行分析，具體設(shè)置了“教師研究目的”“學(xué)生發(fā)展目標(biāo)”“學(xué)科教學(xué)策略”和“技術(shù)使用”這4個(gè)一級(jí)維度，并下分了20個(gè)二級(jí)維度（見(jiàn)表2），在研究過(guò)程中，以每一篇獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文本為分析單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

3.3?資料編碼分析

根據(jù)表2的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析框架，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文本進(jìn)行編碼，以每篇設(shè)計(jì)文本為分析單元，只要這篇文本中出現(xiàn)了框架中某一個(gè)維度的關(guān)鍵詞或體現(xiàn)相關(guān)理念，即計(jì)頻數(shù)為1;如果同篇文本相關(guān)維度出現(xiàn)多次，不重復(fù)累計(jì)頻數(shù)。

在編碼過(guò)程中，邀請(qǐng)三名化學(xué)教育方向的研究生以表2的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)維度為依據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)文本進(jìn)行編碼、評(píng)價(jià)。由如下公式[17]計(jì)算三位評(píng)分者的互相同意度與信度：

經(jīng)檢驗(yàn)，本研究總維度平均相互同意度（K）為0.81，平均信度（R）為0.92（R>0.9），信度檢驗(yàn)合格，各一級(jí)維度的同意度和信度如表3。

在編碼結(jié)束后，三位評(píng)分者針對(duì)編碼不一致的地方再次進(jìn)行討論協(xié)商，最終達(dá)成一致。

4?結(jié)果與討論

在結(jié)果統(tǒng)計(jì)中，筆者匯總了案例中所有用到的數(shù)字化儀器種類和數(shù)量（見(jiàn)圖1），將50個(gè)案例分成了8個(gè)模塊（見(jiàn)表1），統(tǒng)計(jì)了每個(gè)模塊中的案例，在4個(gè)一級(jí)維度和20個(gè)二級(jí)維度上（見(jiàn)表2）的達(dá)成情況，具體數(shù)據(jù)及分析如下。

4.1?數(shù)字化儀器的使用情況分析

從對(duì)數(shù)字化儀器的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，本研究中的50個(gè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例包括了多達(dá)20種不同的傳感器（測(cè)量功能），這充分體現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的多功能性。在50個(gè)案例中，有19個(gè)（38%）使用了pH傳感器，8或9個(gè)（16%～18%）使用了溫度傳感器和氧氣傳感器，這又體現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的普適性。數(shù)字化儀器的加入，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)突破傳統(tǒng)模式，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，化間接測(cè)量或不能測(cè)量為直接測(cè)量，增加原先在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中不能表征的維度。

4.2?實(shí)驗(yàn)達(dá)標(biāo)維度分析

分析比較50個(gè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例在各二級(jí)維度上的達(dá)標(biāo)情況，結(jié)果如圖2。

4.2.1?高達(dá)標(biāo)維度

在20個(gè)二級(jí)維度中，有5個(gè)維度的達(dá)標(biāo)率達(dá)到了100%，分別是“突破常規(guī)實(shí)驗(yàn)”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“技術(shù)的適用性”以及“技術(shù)的多功能性”，另外在“便于學(xué)生理解”維度也達(dá)到了98%。這說(shuō)明這50個(gè)優(yōu)秀的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例都以促進(jìn)學(xué)生理解為立足點(diǎn)，利用手持技術(shù)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的限制，而不是為了體現(xiàn)“技術(shù)”而改進(jìn)，浮于展示技術(shù)和現(xiàn)象的表面，只有能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的改進(jìn)才算是“深度融合”的體現(xiàn)。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程較為簡(jiǎn)單，易被師生學(xué)習(xí)和理解，利用不同的傳感器表征可以應(yīng)用于多類問(wèn)題解決。

從數(shù)據(jù)可得，這50個(gè)實(shí)驗(yàn)案例都能培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”和“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)”這兩個(gè)方面的化學(xué)核心素養(yǎng)。一方面，本研究的研究對(duì)象就是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例，本身的立足點(diǎn)就在于實(shí)驗(yàn)探究并突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，因此在“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)”維度達(dá)成度高，縱然是教師演示的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，也可以通過(guò)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不一樣的視角、和常規(guī)實(shí)驗(yàn)截然不同的思維來(lái)提供創(chuàng)新意識(shí)的示范;另一方面，該評(píng)價(jià)結(jié)果表明教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)重視了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行討論和分析能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)往往過(guò)于注重操作技能，容易忽略對(duì)證據(jù)和理由的深度思考，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有助于數(shù)據(jù)顯性化、證據(jù)可視化，從而提供建立問(wèn)題解決的模型構(gòu)建途徑。

例如，利用溶解氧傳感器、溫度傳感器和氧氣濃度傳感器探究“氧氣水溶度的影響因素”，若用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究氣體水溶度問(wèn)題，一般利用氣體容器的體積變化來(lái)間接測(cè)量，但該類傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足在于：（1）無(wú)法排除混合氣體中其他氣體的溶解影響;（2）利用體積變化來(lái)間接測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，只能通過(guò)這一個(gè)表征粗略地定性研究;（3）對(duì)于像氧氣這一類本身溶解度較小的氣體來(lái)說(shuō)，氣體溶解后體積變化不明顯，難以測(cè)量……但若用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)解決該問(wèn)題，這些限制就能被突破，傳感器可以實(shí)時(shí)探測(cè)空氣中的含氧量以及水溶液中的含氧量，并以直觀的數(shù)據(jù)圖像展現(xiàn)給學(xué)生，直接讓學(xué)生“看見(jiàn)”氧氣在空氣和水中的含量變化，促進(jìn)學(xué)生理解，并且通過(guò)改變溫度等其他條件，利用其他傳感器表征解決這一類問(wèn)題。

4.2.2?低達(dá)標(biāo)維度

達(dá)標(biāo)率低于50%的維度有四個(gè)，分別是“以學(xué)生為中心”“認(rèn)知沖突”“合作學(xué)習(xí)”和“基于真實(shí)情境”。本研究中的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例文本只有24%體現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)、分析、匯報(bào)、反思等學(xué)生活動(dòng)，以及只有20%體現(xiàn)了師生合作、生生合作的教學(xué)模式。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)涉及裝置的搭建、軟件的使用、數(shù)據(jù)的分析等環(huán)節(jié)，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)應(yīng)為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)本身的優(yōu)勢(shì)之一，但在案例文本中沒(méi)有較多的體現(xiàn)，但這也與本研究的樣本選取有關(guān)，畢竟本研究中的案例多為實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)，而非教學(xué)設(shè)計(jì)，因此在“學(xué)生行為”方面的文本較少。在研究問(wèn)題的選擇上，教師還是傾向于從教材出發(fā)，真實(shí)的問(wèn)題解決情境較少，并且只有32%的問(wèn)題是來(lái)源于師生的認(rèn)知沖突。

4.3?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析

比較各模塊的頻次分布情況和平均頻次，結(jié)果如圖3所示。

從各個(gè)模塊的案例數(shù)量分布來(lái)看，中學(xué)化學(xué)教師非常青睞“常見(jiàn)的無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用”和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”這兩個(gè)模塊，說(shuō)明目前的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)較多應(yīng)用于性質(zhì)和原理的教學(xué)，如探究金屬活動(dòng)性、研究銨鹽與金屬鎂的反應(yīng)規(guī)律、探究膠體粒子的形成過(guò)程等等。另外，初中案例整體偏少，這也值得我們思考：究竟是學(xué)科內(nèi)容的不適合，還是初中教師不善于用技術(shù)支持學(xué)科實(shí)驗(yàn)？

從圖表中我們可以看出各模塊的案例數(shù)量與各模塊的維度頻次的數(shù)量趨勢(shì)大致相同，結(jié)合各模塊的評(píng)價(jià)頻次，發(fā)現(xiàn)各模塊中每個(gè)案例在維度達(dá)標(biāo)數(shù)量大約在13～14個(gè)，各模塊在平均頻次上沒(méi)有明顯差異。相對(duì)來(lái)說(shuō)，平均頻次最高的是高中的“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”模塊。在本研究涉及的50個(gè)案例中包含3個(gè)，分別是酸雨的pH探究、水培植物生長(zhǎng)環(huán)境自動(dòng)化調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)以及探究抗酸藥的抗酸能力。這些實(shí)驗(yàn)案例都是基于真實(shí)情境的大任務(wù)型問(wèn)題解決，并且與社會(huì)、技術(shù)和生活緊密聯(lián)系，通過(guò)這樣的科學(xué)探究和多學(xué)科融合的過(guò)程，學(xué)生能發(fā)展多維化學(xué)核心素養(yǎng)。

例如，在“水培植物生長(zhǎng)環(huán)境自動(dòng)化調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)”中，教師利用光學(xué)溶解氧傳感器、pH傳感器等數(shù)字化儀器，為生物和化學(xué)學(xué)科的融合架起了橋梁;再如“通過(guò)音樂(lè)節(jié)奏的快慢變化表現(xiàn)溶液中離子濃度的大小”，教師利用導(dǎo)電率傳感器和TI創(chuàng)新系統(tǒng)，將化學(xué)與計(jì)算機(jī)編程和藝術(shù)相融合。

5?研究結(jié)論

通過(guò)上述對(duì)50個(gè)較成熟的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例文本的研究，可以得出信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)深度融合過(guò)程中有以下特點(diǎn)和不足：

（1） 在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與化學(xué)教學(xué)深度融合過(guò)程中，教師都以促進(jìn)學(xué)生理解為目標(biāo)，而不是僅限于展示“技術(shù)”本身，并且利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到常規(guī)實(shí)驗(yàn)所“不能”，從定性研究到定量研究、從間接測(cè)量到直接測(cè)量等。

（2） 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)師生對(duì)化學(xué)知識(shí)本體的認(rèn)識(shí)，教師較多地將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融合在“常見(jiàn)的無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用”和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”這兩個(gè)模塊，目前數(shù)字化實(shí)驗(yàn)多用于對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)和反應(yīng)原理的探究。

（3） 總體來(lái)看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與化學(xué)學(xué)科的融合對(duì)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展較為可觀，尤其在“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”和“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”方面。

（4） 本研究的案例在學(xué)科教學(xué)策略維度的體現(xiàn)相對(duì)較少，教師傾向于從教材出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究案例，基于認(rèn)知沖突和基于真實(shí)情境的案例較少。

（5） 案例文本中未能較多體現(xiàn)師生合作、生生合作的教學(xué)模式，學(xué)生在整個(gè)探究活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)、交流、反思等環(huán)節(jié)也較少提及，但這也與本研究選取的樣本性質(zhì)有關(guān)，樣本側(cè)重于實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)，而非實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

6?啟示與反思

6.1?明確數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入化學(xué)教學(xué)的目的

6.1.1?挖掘?qū)嶒?yàn)的育人價(jià)值

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在根本上是為“育人”服務(wù)的，因此，無(wú)論是教師、學(xué)者自己利用手持技術(shù)研究疑難問(wèn)題，還是設(shè)計(jì)成學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用都不能脫離為了“人的發(fā)展”的根本目的。若單純?yōu)榱苏故炯夹g(shù)或?qū)W習(xí)技術(shù)而采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并不能促進(jìn)人們對(duì)問(wèn)題的理解、滿足師生的發(fā)展需要、培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。

6.1.2?拓展問(wèn)題解決的新視角

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用應(yīng)該從學(xué)習(xí)視角出發(fā)，為師生解決問(wèn)題提供新的視角思路——利用技術(shù)讓原本難以研究的問(wèn)題找到突破口，讓原本難以理解的抽象問(wèn)題顯性化、可視化。由于現(xiàn)代化學(xué)科研對(duì)技術(shù)的依賴，實(shí)驗(yàn)室里簡(jiǎn)單的試劑儀器已經(jīng)不滿足時(shí)代的要求了，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的融合可以讓學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)代化學(xué)科研過(guò)程，讓每個(gè)學(xué)生學(xué)會(huì)讀圖分析，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。

6.2?優(yōu)化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入化學(xué)教學(xué)的方法策略

6.2.1?化間接測(cè)量為直接測(cè)量，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟

一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的物質(zhì)變化可以從多個(gè)維度進(jìn)行表征，常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)只能從宏觀可觀測(cè)的現(xiàn)象進(jìn)行分析推理，如顏色、狀態(tài)、溫度、體積等，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的加入可以看作是對(duì)人感官的延伸，使我們視原先之不可見(jiàn)、聽(tīng)原先之不能聞、觸原先之不宜碰。

6.2.2?化定性分析為定量測(cè)量，提高結(jié)果準(zhǔn)確性

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)、圖像、儀表三大類表征形態(tài)，均能提供大量精確、可靠的數(shù)據(jù)，避免因人工觀測(cè)和記錄而產(chǎn)生的主觀誤差和客觀失誤，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師也要注意因傳感器擾動(dòng)等因素引起的數(shù)據(jù)異常，讓學(xué)生對(duì)所探究的科學(xué)概念的理解產(chǎn)生偏差[18]。

6.2.3?呈現(xiàn)直觀現(xiàn)象，便于學(xué)生理解

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含信息轉(zhuǎn)換思維，教師根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求，可以利用數(shù)字化儀器查看任一時(shí)刻或某個(gè)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)“實(shí)時(shí)性記錄”最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以直觀的圖像等形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的分析研究，通過(guò)直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象促進(jìn)學(xué)生的理解。

6.2.4?發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，變革教學(xué)方法

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單的、機(jī)械地用數(shù)字化儀器替代傳統(tǒng)的儀器，要充分體現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，必須對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行有效的變革[19]。例如，新一代數(shù)據(jù)采集器具有便攜性，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以突破常規(guī)實(shí)驗(yàn)的空間限制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)定，教師可以利用該優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，設(shè)計(jì)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，比如在戶外測(cè)定池塘水的含氧量，并在這樣的過(guò)程中讓學(xué)生自主探究、小組合作等，避免將目光局限于技術(shù)，而是綜合兼顧其他教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

6.3?突破數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)技術(shù)工具的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步和傳感器成本的進(jìn)一步降低，我們可以把越來(lái)越多的新技術(shù)納入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的技術(shù)功能更加豐富。例如目前已有研究者把微距攝影用于化學(xué)物質(zhì)形態(tài)表征，把熱成像儀用于溫度分布的表征[20]。這些新技術(shù)都可以被開(kāi)發(fā)成標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器，納入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。此外，目前常規(guī)的數(shù)據(jù)采集器通常只有4個(gè)接口，但未來(lái)可以研發(fā)出更多接口數(shù)量的數(shù)據(jù)采集器，并進(jìn)一步縮小數(shù)據(jù)采集的延遲，以便更高效、更實(shí)時(shí)地收集更多數(shù)據(jù)。

6.4?本研究的局限性

本研究也存在一定的局限性。一方面，在樣本的性質(zhì)上，本研究中的案例多為實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)，而非教學(xué)設(shè)計(jì)，更非教學(xué)實(shí)錄，因此在“學(xué)生行為”方面的文本較少，可能這也是導(dǎo)致各個(gè)案例在“教學(xué)策略”維度普遍體現(xiàn)較少的原因之一。

另一方面，在樣本的時(shí)間跨度上，本研究選取了2018～2019年的案例，時(shí)間跨度相對(duì)較短，因此對(duì)于時(shí)間維度上的規(guī)律性認(rèn)識(shí)挖掘較少。

在對(duì)未來(lái)的研究展望中，可以選取課堂實(shí)錄視頻樣本以及增加樣本的時(shí)間跨度，有望突破這種局限性，得出其他準(zhǔn)確、有價(jià)值的規(guī)律認(rèn)識(shí)。

（致謝：作者特此感謝南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院蔣怡、李超、姜文娜同學(xué)在數(shù)據(jù)評(píng)分編碼中所做的相關(guān)工作。）

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