数字化化学探究实验室的建设与探究能力的培养..doc

数字化化学探究实验室的建设与探究能力的培养?? 2008-12-24 17:09:46|??分类： 传感器应用 |??标签： |字号大中小?订阅 ? 作者：钱扬义??? 邓峰 (华南师范大学 化学教学与资源研究所 广州510006） ? 摘要：本文主要阐述在新课程环境下如何进行建设数字化化学探究实验室与探究能力培养的问题，探讨将手持技术在培养学生科学探究能力方面所起的独特作用。 关键词：手持技术（数据采集器 传感器）；科学探究；探究实验室；? 掌上实验室；化学实验信息素养能力；数字化实验 一、问题的提出 随着信息技术的发展，计算机作为一种教学技术越来越受到人们的重视。如美国的《国家科学教育标准》（National Science Education Standards）强调可通过在科学课堂中的充分利用计算机等技术工具，为教师与学生开展科学探究与更好地理解科学的本质提供机会[1]。另外，国外教育领域的不少专家与学者曾对如何有效地将计算机技术整合于科学课程这一问题做过不同维度与层次的探讨[2]-[7]，其中对“基于微机的实验室”(Microcomputer-Based Laboratories)、“基于计算器的实验室”(Calculator-Based Laboratories)、“数据采集系统”（Data logging或Data logger）和“手持系统”（Handheld system）等研究占多数，但这些研究存在一些共性，主要表现为：（1）它们都侧重讨论数字化技术在科学课堂与科学探究活动中的应用；（2）它们均肯定数字化技术整合于科学课程对教学方式或教学质量的积极影响；（3）它们在不同程度上强调数字化技术对加强学生学习的作用或优势，如：激发学生的学习兴趣，帮助学生正确理解科学概念及逐渐形成良好的科学态度，提高学生的科学探究能力、图像理解能力与问题解决能力等。然而上述研究更多地“青睐”数字化技术对学生图像技能（包括给图、读图和析图等能力）的影响等问题的思考。而在谈到数字化技术与学生探究能力培养的问题时，却较少进行更深层次的探讨或给出具体的建议或做法，基本上只停留在对教师或学生的访谈记录或反思材料的总结或表述的层面。 另一方面，国内关于如何培养学生化学能力的研究表明：在倡导新课程之前，化学教学工作者主要通过利用化学实验、教学内容、直观教具、课后复习和第二课堂等途径培养学生的思维、观察、实验与创造等能力；却较少涉及如何结合信息技术（如数字化技术）培养学生的科学探究能力[8]。手持技术作为一种崭新的教学手段，能在突出化学学科特点与中学生认知特点的基础上，应用于化学探究实验室的建设，以培养学生的科学探究能力。这种数字化化学探究实验室能培养学生哪些探究能力呢？又是如何培养的？本文根据实践作相关探讨。 二、数字化化学探究实验室的建设 数字化化学探究实验室包括硬件环境与软件环境。前者主要指实验室、手持技术仪器（如数据采集器与各类传感器）和计算机等；后者特指教师、学生和教学内容（如教科书和专著）。 1．硬件环境的建设 （1）化学实验室 学校应重视化学实验室的建设，尽可能配置中学阶段可能用到的基本实验药品、仪器与相关设备，为学生进行科学探究活动奠定物质基础；有条件的学生应定时向学生开放实验室，为学生能自主开展探究活动创设良好条件。另外，笔者认为可根据心理学原理将实验台设计为正六边形，有利于体现良好的合作学习探究气氛。 （2）手持技术仪器 手持技术仪器主要包括数据采集器与传感器（探头）。前者主要用于采集并储存实验数据；后者可根据探究需要测定的参数（如温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等）而自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能——如学生可以带上溶解氧传感器、pH传感器和电导率传感器与数据采集器，在河边进实时定量测定河水的有关常数和进行水质分析。 （3）计算机 将计算机与手持技术仪器联用时，传感器可以精确地测量与传递实验中所测定的各种实验参数，所得实验数据将通过数据采集器转到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。例如将温度传感器与pH传感器置于盛有少量水的烧杯中，随着固体氢氧化钠固体的加入，计算机屏幕上将分别出现两条逐渐上升的实验曲线，并且在表格中实时显示温度与pH值的变化数据。可见，利用基于计算机的化学实验，能使传统教学中的定性实验得以量化验证。 此外，笔者建议应促进手持技术仪器与现有的计算机资源的整合。譬如鼓励学生运用文字处理软件（如Word等）撰写小论文；运用演示文稿软件（如等PowerPoint）或BBS讨论组与其它探究小组成员分享各自在探究过程的成功与体会；运用电子表格（如Excel等）将所采集的数据进行整理与作图分析。 2．软件环境的建设