數(shù)字化傳感技術(shù)在初中化學教學中應(yīng)用的調(diào)查研究

劉珊 吳良根 王偉群

摘要：通過對蘇州市數(shù)字化傳感技術(shù)在化學教學中應(yīng)用的現(xiàn)狀進行調(diào)查，了解蘇州市初中數(shù)字化化學實驗室的建設(shè)情況、初中化學教學中常應(yīng)用的傳感器類型;分析不同類別教師對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識、態(tài)度方面的差異性，以及教師自身對數(shù)字化實驗教學的認識與行為的差異。以期提出合適的發(fā)展建議，進一步推動數(shù)字化傳感實驗在教學中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化傳感技術(shù);初中化學教學;問卷調(diào)查;差異分析

文章編號：1008-0546（2020）06-0083-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.06.022

信息技術(shù)的飛速發(fā)展給教育帶來了革命性的影響，我國非常重視教育信息化建設(shè)。2010年7月頒布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中，把“教育信息化建設(shè)”列為10個重大項目之一，而后制定了《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，進一步推進教育信息化，堅持促進信息技術(shù)與學科教育教學的深度融合。數(shù)字化傳感技術(shù)作為一種現(xiàn)代信息技術(shù)手段，是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機以及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件組成，能定量采集和處理實驗數(shù)據(jù)的實驗技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字化傳感器的應(yīng)用讓實驗過程可視化、科學化，能增強學生學習化學的興趣，很好地體現(xiàn)教育信息化的要求。

一、問題的提出

《義務(wù)教育化學課程標準（2011年版）》在實施建議中提出“條件較好的學校，應(yīng)積極開展改進、創(chuàng)新教師演示實驗和學生實驗的活動，讓學生接觸一些先進的實驗儀器和設(shè)備，努力提高實驗條件和實驗手段的現(xiàn)代化水平”，《上海市中學化學課程標準》更是明確提出要引入和推廣數(shù)字傳感技術(shù)?？梢姅?shù)字化傳感技術(shù)將在初中化學教學中發(fā)揮著重要作用。

數(shù)字化傳感技術(shù)自從2003年左右被引進到化學教學中，至今已經(jīng)有十七年左右的時間，無論是在相關(guān)的理論研究方面，還是應(yīng)用數(shù)字化傳感技術(shù)改進化學實驗、促進課堂教學等實踐探究方面，都有不少研究。當然更多教師的研究是利用數(shù)字化傳感技術(shù)對某一化學實驗進行改進，進而在教學中應(yīng)用?？傮w而言，相對高中，利用數(shù)字化傳感技術(shù)改進初中化學實驗的較少，在教學中的應(yīng)用研究更少。那初中教師對數(shù)字化傳感實驗的認識、掌握、應(yīng)用的情況是怎樣的？如何促進初中教師對數(shù)字化實驗的認識和在教學中利用？本文通過對蘇州市初中化學教師的調(diào)查，了解數(shù)字化傳感實驗在初中教學中應(yīng)用的現(xiàn)狀，進而提出對策。

二、調(diào)查的設(shè)計

初中化學數(shù)字化傳感實驗教學問卷由三部分構(gòu)成，一是教師的基本信息，包括性別、教齡、學歷、所執(zhí)教的學校所屬類型等;二是從教師對數(shù)字化傳感實驗及教學的認知、態(tài)度兩個方面進行，其中有關(guān)數(shù)字化傳感實驗的認識共設(shè)置4道題、數(shù)字化傳感實驗教學的認識設(shè)置5道題、數(shù)字化傳感實驗的態(tài)度設(shè)置3道題、數(shù)字化傳感實驗教學的態(tài)度設(shè)置3道題。三是選做題，考查教師應(yīng)用數(shù)字化傳感技術(shù)教學的實際情況，采用利克特量表計分法，教師得分越高說明應(yīng)用水平越好。

三、調(diào)查對象的統(tǒng)計

本研究調(diào)查對象是蘇州市初中化學教師，共發(fā)放問卷230份，回收有效問卷200份，問卷有效率為87%。具體樣本基本情況如表1。

四、調(diào)查結(jié)果分析

1.數(shù)字化傳感技術(shù)儀器配備與應(yīng)用情況

對蘇州市數(shù)字化實驗建設(shè)情況進行調(diào)查分析，結(jié)果如圖1、2所示。

從中我們可以發(fā)現(xiàn)，有45.5%的教師執(zhí)教學校建設(shè)了數(shù)字化實驗室，有42.0%的教師執(zhí)教學校沒有數(shù)字化實驗室?；诓煌愋蛯W校的數(shù)字化傳感實驗室建設(shè)情況進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖2所示。在已建有數(shù)字化實驗室的學校中，有60.4%是屬于大市城區(qū)學校，23.1%屬于縣（區(qū)）級城區(qū)學校，并且只有16.5%是屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校;在沒有數(shù)字化實驗室的學校中，絕大多數(shù)為縣（區(qū)）級城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校，只有8.3%為大市城區(qū)學校。這說明數(shù)字化實驗室在蘇州市不同區(qū)域?qū)W校分布是不均勻的，這也從側(cè)面反映出教育的一定不公平現(xiàn)象，即使是同處于義務(wù)教育階段的學校，在教學條件、實驗硬件設(shè)備等方面仍存在較大差距。

對初中化學教師接觸過的傳感器種類進行統(tǒng)計分析，如圖3所示。

僅對初中化學而言，pH傳感器的應(yīng)用最廣泛占20.7%，其次是溫度傳感器占17.4%、壓強傳感器和氧氣傳感器各占14.1%，濕度傳感器占6.4%則應(yīng)用較少，光強度傳感器和水溶氧傳感器在初中化學中應(yīng)用很少，分別占1.4%、2.5%。這與初中化學教學內(nèi)容有很大的關(guān)系。應(yīng)用pH傳感器探究初中化學重點內(nèi)容是“酸堿中和反應(yīng)”實驗，利用溫度傳感器的探究實驗主要是燃燒，利用氧氣傳感器主要用于測定“空氣中氧氣含量”，壓強傳感器主要用于金屬與酸反應(yīng)的實驗，電導(dǎo)率傳感器主要用于探究物質(zhì)在水中的溶解性?？梢妭鞲衅鲬?yīng)用于教學的面較窄。在初中化學課堂教學中應(yīng)用溶解氧傳感器、光強度傳感器、電壓傳感器、色度計等則少之又少。但通過開展課外活動，可以在初中化學教學中引入更多的傳感器。例如利用溶解氧傳感器讓學生去測定不同水體中的氧氣含量，以此來探究影響水中溶解氧的因素;利用電壓傳感器進行果蔬原電池的趣味探索實驗，這不僅能豐富學生對于數(shù)字化傳感技術(shù)的認識，也能幫助學生建立起初高中的銜接。

2.影響數(shù)字化傳感技術(shù)教學應(yīng)用的原因分析

對影響數(shù)字化傳感技術(shù)在化學教學中應(yīng)用10項可能的因素進行調(diào)查。問題采用利克特量表計分法，對正向題目從“非常符合”“比較符合”“不太符合”“不符合”依次賦值4分到1分，對反向題目從“非常符合”“比較符合”“不太符合”“不符合”依次賦值1分到4分，按照教師的選擇，對各個維度得分匯總。均值越高，說明教師認可因素的影響程度越大。統(tǒng)計分析結(jié)果如表2所示。

從均值排序中可以發(fā)現(xiàn)，“學校設(shè)備條件有限”“學校領(lǐng)導(dǎo)對手持技術(shù)的支持程度”“教師對數(shù)字化化學實驗操作的熟練程度”“升學考試的壓力”“課時數(shù)少”分別位列于前五位，均值分別為2.98、2.84、2.73、2.72、2.48，其中有4個為外在的客觀因素，這說明大部分教師在歸因時更傾向于歸在外部因素?！皩W校設(shè)備條件”“學校領(lǐng)導(dǎo)支持程度”等外部因素固然會影響到數(shù)字化傳感技術(shù)在教學中的應(yīng)用，但以蘇州市數(shù)字化實驗室配置的情況來看，不足以成為最主要的影響因素，因此出現(xiàn)的歸因偏差，也從另一個角度說明教師對數(shù)字化傳感技術(shù)認識的偏差。

3.教師對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識、行為、態(tài)度分析

（1）教師的認識、行為、態(tài)度總體水平

通過描述統(tǒng)計，了解蘇州市初中化學教師對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識、行為、態(tài)度總體水平，如表3。

由表3可知，教師對數(shù)字化傳感實驗的認識均值為2.47，處于中等水平。教師對數(shù)字化傳感實驗教學的認識均值為3.09，處于較好水平。關(guān)于態(tài)度方面，無論是對數(shù)字化傳感實驗還是教學的態(tài)度，均值都比較高，皆處于較好水平。在行為方面，整體水平較低，并且教師實驗教學的行為均值為2.52，明顯小于教師對數(shù)字化傳感實驗教學的認識均值3.09，因此為研究教師自身對數(shù)字化實驗教學的認識與其在教學中的實踐行為是否存在著差異，針對已使用技術(shù)教學的教師，進行配對T檢驗分析，如表4所示。

結(jié)果顯示，P=0.000<0.05，故教師對數(shù)字化實驗教學認識與行為之間存在顯著差異。這一現(xiàn)象是由內(nèi)外因素共同作用引起的，一方面教師口頭上認識數(shù)字化傳感實驗在教學中的作用，但受到課時安排、升學考試壓力等外部因素的影響，不能將對數(shù)字化實驗教學的認識很好地付諸于實踐;另一方面可能由于教師自身能力不夠，雖有一些正確的觀念，但在實踐過程中，卻沒有正確的方法來實現(xiàn)數(shù)字化傳感技術(shù)與化學教學的較好融合。

（2）不同類別教師的認識、行為、態(tài)度的分析

首先分析不同類別教師在數(shù)字化傳感實驗及教學的認識、行為、態(tài)度方面是否存在著相關(guān)性，分別以“性別”“教齡”“學歷”“學校類型”4個變量依次與認識、行為、態(tài)度3個量表得分做皮爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。

從表5中數(shù)據(jù)可知，性別、學歷、學校類型不同的教師與其對數(shù)字化實驗及教學態(tài)度無顯著相關(guān)，而以教齡為變量，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.166，相應(yīng)的顯著性概率為0.019小于0.05，因此化學教師的教齡與其對數(shù)字化實驗及教學態(tài)度呈現(xiàn)負相關(guān)，這表明越是年輕的教師越認可數(shù)字化傳感技術(shù)。同樣地，在行為方面無顯著相關(guān)。此外，我們可以得出化學教師的性別、教齡、學歷分別與其對數(shù)字化實驗及教學的認識也無顯著相關(guān)，而以化學教師所執(zhí)教的學校類型為變量，顯著性概率為0.000，小于0.01，因此初中化學教師所執(zhí)教學校的所屬類型與其對數(shù)字化實驗及教學的認識密切相關(guān)。

為了進一步了解在不同類型學校執(zhí)教的教師在數(shù)字化傳感實驗及教學的認識方面是否存在著差異，以“學校類型”為變量進行單因素方差分析，結(jié)果如表6所示。

從表中可知，學校類型不同的教師在對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識上相應(yīng)的概率值為0.000，小于0.05，這說明來自不同類型學校的化學教師在對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識上存在著顯著的差異。通過描述統(tǒng)計，在對數(shù)字化傳感實驗及教學認識方面，所屬大市城區(qū)的教師均值為26.69、來自縣（區(qū)）級城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校的教師均值分別為25.02、24.18，故大市城區(qū)的教師對數(shù)字化傳感實驗及教學的認識高于縣（區(qū)）級城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校的教師，這種認識上的差異又是由不同類型學校數(shù)字化設(shè)備建設(shè)情況的差異引起的。

五、討論與建議

以蘇州市為例，從數(shù)字化傳感技術(shù)在初中化學教學中應(yīng)用的調(diào)查研究中我們發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域?qū)W校的信息化水平的發(fā)展程度不同，導(dǎo)致來自不同區(qū)域?qū)W校的教師對數(shù)字化實驗及教學的認識存在明顯差異，這體現(xiàn)出教育資源分配不均勻的現(xiàn)象。其次，由于內(nèi)外因素的影響，教師自身對數(shù)字化實驗教學的認識與其在實際教學中的實踐行為存在著顯著性差異。為了更好地在初中化學教學中應(yīng)用和推廣數(shù)字化傳感技術(shù)，提出以下兩點建議。

1.各部門發(fā)揮協(xié)同作用，做好物質(zhì)資源合理分配

數(shù)字化傳感實驗的基礎(chǔ)設(shè)備是教師能投身于數(shù)字化傳感技術(shù)建設(shè)的基本保障，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)學校沒有實驗設(shè)備，教師就沒有實踐的機會，學生就不能利用數(shù)字化實驗來提高科學素養(yǎng)。因此首要任務(wù)是要努力縮短區(qū)域之間的差異，讓各學校享有相當?shù)慕逃?，但?shù)字化傳感設(shè)備價格比較昂貴，若是給每一所學校都配置一套實驗設(shè)備，耗資巨大，也會是成為教育資源的浪費。我們可以借鑒美國阿拉巴馬州開展的“運動中的科學”項目，政府投資購買昂貴的儀器設(shè)備，利用有篷卡車把數(shù)字化傳感設(shè)備帶到課堂教學中，讓公立學校能循環(huán)共享這些先進的實驗設(shè)備，使不同背景的學生有機會利用數(shù)字化傳感技術(shù)進行學習。這樣既實現(xiàn)了教育信息化水平的均衡發(fā)展，也能節(jié)約教育資源。

2.實施分層培訓(xùn)，建立多層次的交流平臺

從調(diào)查結(jié)果來看，初中教師在化學教學中應(yīng)用數(shù)字化傳感技術(shù)的水平是多層次的，有的教師沒有接觸過數(shù)字化傳感技術(shù)，也有部分教師對該技術(shù)有一定的認識，但在教學實踐中只是簡單機械地應(yīng)用技術(shù)，使得教師對數(shù)字化傳感實驗教學的認識與實踐存在差異。因此，中學和大學應(yīng)適當聯(lián)合以建立多層次的培訓(xùn)與交流平臺。針對零基礎(chǔ)但對數(shù)字化傳感技術(shù)感興趣的教師的培訓(xùn)，要讓教師培訓(xùn)后有一定的認識，會動手操作數(shù)字化傳感實驗，并鼓勵教師積極改進創(chuàng)新實驗;針對認識與實踐存在差異的教師，培訓(xùn)的目標是教師能將化學數(shù)字化傳感實驗的優(yōu)勢最大化地應(yīng)用到中學化學教學中，實現(xiàn)技術(shù)與教學的深度融合。為此培訓(xùn)內(nèi)容主要側(cè)重技術(shù)與教學深度融合的理論學習，并且多提供些深度融合的教學案例供教師交流參考。