运用“手持技术”在校本课程中实施研究性学习
摘要 介绍了新安中学运用“手持技术”开展研究性学习活动的新进展，包括活动开展的各个阶段、所含的环节及其特点与成效，为中小学运用“手持技术”开展研究性学习提供参考与借鉴。
关键词 手持技术 校本课程 研究性学习
1 背景
深圳市新安中学根据“新课程”的要求，组织该校的理科教师积极开展学生的研究性学习，建立“数字化手持技术探究实验室”，开发校本课程，与华南师大化学教学与资源研究所合作进行研究性学习课题研究，进一步提升教师的专业水平圈和发展学生的科学探究能力。近年来，新安中学已成功开展了以“欢乐元宵夜灯笼熄灭之谜”、“运用手持技术探究二氧化碳灭火实验”、“运用手持技术监测校园芒果树土壤酸碱度”为课题的一系列研究性学习活动，目的在于让学生体验科学探究的技巧，在真实情境下主动学科学、“做”科学，提高自身的科学素养。
2 课题的开展
研究性学习课题的开展主要是学校组织，由科组进行实施，经历了“准备”、“实施”和“总结”3个阶段。其中，实施阶段包括“引导型”和“自主型”2轮递进式的研究性学习，整个流程如图1所示。
2.1 研究性学习的准备阶段
2.1.1 确立选题标准，制定活动计划
首先，教师要确立活动中课题选择的标准，主要依据有以下3点：(1)以现行高中化学教材为基础，结合教学过程中的实际问题；(2)要能够发挥手持技术的优势：一是手持技术能解决而传统实验技术无法解决的问题，二是与传统实验技术相比，运用手持技术能更好、更快、更有效地解决的问题；(3)所选实验要符合学生的认识水平与学习心理，难易适当。
依据上述标准，教师们确定了活动课题，制定了活动计划与流程；根据学生的学习兴趣与能力，挑选参与活动的学生。
2.1.2 进行学生培训
“手持技术”是一套先进的便携式数据采集系统，主要包括数据采集器和各种传感器，能便携式地和定量、快速、准确地测量科学数据，探究变量之间的关系。学生第一次接触手持技术，在感到新奇有趣的同时，也必然存在着一些陌生感，因而有必要先对学生进行仪器介绍与操作培训。首先，通过教师的介绍，让学生认识“手持技术”是什么；知道组成部件各自的用途是什么；认识一些常见的传感器(如温度、压强、pH等的传感器)；其次，让学生学会组装和操作仪器，并运用仪器测量一些常见的物理量，使学生进一步熟悉手持技术，了解手持技术的优势，激发他们的实验兴趣。
2.2 研究性学习的实施阶段
2.2.1 第一轮：“引导型”研究性学习
考虑到学生只是初步接触了手持技术，在他们的认识结构中，手持技术仪器只是个单纯的实验工具，还不能作为认知工具来辅助他们进行问题解决，因此教师先要有效地引导学生进行实验探究。教师们开展了2项“引导型”的研究性学习活动。课题主要是由教师提供给学生，其难度不大，内容主要是围绕初三所学的知识。
为了便于学生了解手持技术的综合运用，教师选择1个定量实验和1个半定量实验，分别是“欢乐元宵夜灯笼熄灭之谜”和“运用手持技术探究二氧化碳灭火实验”。
第1个实验是“欢乐元宵夜灯笼熄灭之谜”，采用数据采集器与溶解氧传感器探究“燃烧”的奥秘。“燃烧”这个概念，学生早在初中就已经接触过，但由于缺乏相关定量测量手段，初中教材只是定性地、笼统地对燃烧下了一个简单描述型定义，再加上学生在日常生活中受一些错误的“前科学概念”干扰，使得学生对燃烧这个概念认知不全面，甚至存在一些误区。通过手持技术进行定量测量(见图2)，引发学生认知冲突，得到“异常”结果时能对其原有假设进行质疑，并通过查阅资料或与同学讨论交流而修正原假设，从而最终获得正确的科学结论。该实验的难度不大，目的是让学生了解手持技术的使用方法，通过观察测量的数据，揭示出问题的本质。
第2个实验是运用手持技术探究二氧化碳灭火实验，主要利用数据采集器、溶解氧传感器与光强传感器进行实验探究。该实验对于高一的学生来说并不陌生，他们知道二氧化碳不支持燃烧，且密度比空气大，但可能没有想到，通过二
氧化碳气体的倾倒，可以观察到水槽中由低到高放置的蜡烛会逐根熄灭。另外，在传统的教学中，蜡烛熄灭的原因被认为是氧气消耗殆尽，但通过手持技术测定的图像(见图4)，学生可以发现，蜡烛熄灭的真正原因并不是体系中已没有氧气，而是剩下氧气的浓度不足以维持蜡烛的燃烧。该实验的难度适中，目的在于让学生通过实验数据的采集，学会绘制和分析图像，将理论知识应用到实际问题中，用数字化实验的手段验证旧有的知识，锻炼学生“数字与图像结合”的问题解决能力。
第一轮活动实施后，教师针对过程中存在的问题进行反思，拟定活动改进的策略，如对部分学生进行再培训，合理安排实验时间、调整实验内容，加强师生之间的互动，重新组合实验小组等。通过这些措施，使下一轮的研究性学习活动得以顺利进行，并使学生的学习效果有所提高。
2.2.2 第二轮：“自主型”研究性学习
在“引导型”研究性学习的基础上，学生已掌握了手持技术的操作，并对手持技术的功能与应用有了较深的理解，逐渐将其作为一种认知工具，来解决一些在学习和生活中遇到的问题。前一轮的研究性学习是以教师作为主导，而在下一轮的研究性学习，学生则占主导的地位。
第二轮的“自主型”研究性学习，“选题→实验设计→实验实施→数据分析→结果讨论”等环节基本上都是由学生自主完成。学生充分发挥自身的主观能动性，在活动中提高运用手持技术解决问题的能力。整个过程中，教师只起到从旁协助的作用。学生经过反复商讨和询问教师的意见，最终确定“运用手持技术监测校园芒果树土壤酸碱度”这一研究性课题。该课题选题新颖、与生活贴近，容易引发学生的探究欲望；难度由浅入深，有助于学生认知的发展。
在该课题的研究中，学生自主地进行了4个探究性实验(见表1)，下文将以实验1为例作具体的介绍。