手持技术数字化实验赋能化学深度学习

借助氧气传感器，学生能在金属的氧化过程中，感知到氧气的存在及其浓度变化；借助电导率传感器、pH传感器等，学生能感知到“离子”的存在，了解离子反应的本质……借助手持技术数字化实验，学生在化学实验活动中不仅能观察实验现象，还可以感知化学物质、理解反应原理、建构抽象概念。手持技术数字化实验还能帮助学生预测反应趋势、分析实验数据等，开展定量科学探究活动。

这是华南师范大学化学学院教授钱扬义团队用24年构建的数字化实验育人体系在课堂上的呈现。为解决中小学化学教学难题，从1998年起，钱扬义团队率先研究手持技术数字化实验。在数字化实验技术赋能下，他们基于TQVC理论开发创新实验案例和基于四重表征理论分析实验结果，让学生在“观察现象”到“表征本质”的深度学习过程中发展化学学科核心素养。

“中小学化学实验教学一直面临着一些难题。”钱扬义介绍，实验现象不明显、实验原理难理解、抽象概念难感知等难题，导致化学实验教学仅停留在“观察现象”层面。如何才能让学生进行“表征本质”的深度学习？该团队以问题为导向，开发手持技术数字化实验，通过绘制实验过程曲线、呈现实时数据，对实验过程进行“画像”。

“手持技术数字化实验解决的教学难题正体现了它的准确、实时、可视化、定量化、自动化等技术特点。”钱扬义表示，手持技术数字化实验由数据采集器、传感器等组成，能实时监测被测物理量的数值的变化，展示化学反应过程中的温度、压强、pH的数值变化，实现实验数据的自动连续采集。该系统还可通过多次实验数据，进行数学建模，探索并预测化学反应的变化规律。

为将手持技术数字化实验融入课堂，钱扬义团队着力探索数字化实验育人路径，长期在实验基地应用并推广手持技术数字化实验。在2017年国家义务教育质量监测中，广州市天河区部分小学四年级学生的科学学业成绩、科学探究能力、思维能力、科学学习兴趣等均位于全国前列。

“手持技术数字化实验对提升中小学生学科关键能力具有突出作用。”在钱扬义看来，手持技术数字化实验不仅帮助学生“学好化学”和“会学化学”，更指向核心素养发展，发展学生的高阶能力。学生在数字化实验的方案设计、选择数据、采集数据、分析数据的过程中得以发展高阶科学思维，提高定量科学探究能力。

一花开放不是春，该团队还通过教科书、教师培训、慕课、地域联动等，将手持技术数字化实验向全国深度推广。（中国教育报-中国教育新闻网 记者 刘盾 通讯员 连燕纯）