☆ 蔡迅軼 陳 凱 孫紅淼

（1.南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 211171；2.首都師范大學(xué)教育學(xué)院，北京 100048）

一、引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，科技日新月異，智能手機(jī)和平板電腦已經(jīng)極大地改變了人們的生活方式和學(xué)習(xí)方式。發(fā)源于智能手機(jī)中的APP（英文application的縮寫）原本特指設(shè)計(jì)人員為了滿足使用者達(dá)成不同的目的而專門制作的一類程序，現(xiàn)在泛指移動(dòng)設(shè)備中的第三方應(yīng)用程序。APP普遍具有便捷性、個(gè)性化、趣味性等突出優(yōu)勢，一開始投放就被嘗試應(yīng)用于教育領(lǐng)域[1]。隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)的普及，APP的教學(xué)應(yīng)用則有了更強(qiáng)大的功能支持，如云數(shù)據(jù)庫為部分APP提供了充分的資源保障，通過APP能便捷獲取大量的云端信息——這些數(shù)據(jù)可以是百科知識的文本也可以是化學(xué)主題音像素材；學(xué)習(xí)者還可以借助APP的即時(shí)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，或者在千里之外與課堂對接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)——技術(shù)造就的靈活多樣的形式使得學(xué)習(xí)的交互不再局限于課堂之中。

化學(xué)作為一門自然科學(xué)，其學(xué)習(xí)的獨(dú)特性在于所涉及的主題多從微觀特征、宏觀現(xiàn)象以及獨(dú)有的符號體系三個(gè)方面彰顯三重表征規(guī)律[2]，所以，對中學(xué)生來說，深度理解難免會有一定的困難,也正是因?yàn)檫@樣的特殊性，化學(xué)教學(xué)過程中除了采用傳統(tǒng)的教學(xué)媒體，還需要一批能夠化抽象為具體、化繁為簡的技術(shù)支持來幫助學(xué)生更好地思考化學(xué)問題。因此，已經(jīng)廣泛使用的智能手機(jī)或其它移動(dòng)設(shè)備所承載的化學(xué)學(xué)科APP，不僅僅是對化學(xué)教師執(zhí)教的有益補(bǔ)充，更成為學(xué)生開展非正式學(xué)習(xí)活動(dòng)、實(shí)施問題解決的有力工具。合理有效地利用APP，對于改進(jìn)化學(xué)教學(xué)、推動(dòng)教育信息化的進(jìn)程都具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

二、基于智能移動(dòng)終端的化學(xué)教學(xué)APP

智能移動(dòng)終端的迅猛發(fā)展和普及，使得智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建有了新的支撐[3]。教學(xué)APP的智能性、便捷性和交互性，能成為教學(xué)策略革新的有效工具。但是如何充分利用該新興移動(dòng)教學(xué)資源使其更好地服務(wù)于教學(xué)，則是目前學(xué)科教師和教育技術(shù)研究者需要考慮的問題?；诖?，本文針對化學(xué)學(xué)科APP依據(jù)不同的功能和特點(diǎn)進(jìn)行了分類梳理。

1.教學(xué)游戲類

教學(xué)游戲是指基于教學(xué)安排開發(fā)的具有一系列特定規(guī)則的結(jié)構(gòu)化事件，它們的發(fā)生會促使學(xué)習(xí)者以優(yōu)于競爭者或自己先前行為表現(xiàn)的方式，力爭完成一個(gè)特定的目標(biāo)[4]。教育游戲?qū)⒔逃齼?nèi)容與游戲融合起來，帶有明顯的、有意圖的教育性，是能夠幫助學(xué)生認(rèn)識、學(xué)習(xí)、培養(yǎng)和發(fā)展?jié)撛谥悄艿妮d體，其中，學(xué)習(xí)者、游戲和教育內(nèi)容是教育游戲所必須具備的條件[5]。表1介紹了三款化學(xué)教學(xué)游戲APP，它們能夠?qū)崿F(xiàn)將游戲的互動(dòng)性和趣味性融入到移動(dòng)教學(xué)資源之中，相較于傳統(tǒng)的教學(xué)游戲形式，APP對游戲的呈現(xiàn)更為生動(dòng)，與學(xué)生的互動(dòng)也更加多樣。這便能讓學(xué)生在玩游戲獲得樂趣的同時(shí)，激發(fā)出對學(xué)習(xí)內(nèi)容自主探索的積極性。

表1 教學(xué)游戲類APP例舉

表1中的三款A(yù)PP立足于不同的視角，將微觀粒子的組成與構(gòu)造以生動(dòng)形象的方式呈現(xiàn)出來，從而幫助學(xué)生更加直觀地來理解這些問題。以“碳”為例，學(xué)生可以在Nova Elements的“構(gòu)造原子”功能中，通過增減質(zhì)子、中子、電子，很方便地了解到碳原子的構(gòu)造、組成等。在“原子9號”游戲中，學(xué)生連接微粒以構(gòu)建如“二氯乙炔”的含碳化合物分子，以游戲的形式輕松識記該分子的元素組成及結(jié)構(gòu)。而在Toca Lab中，“碳”變成了一個(gè)可愛的卡通形象，學(xué)生能直觀地了解到碳單質(zhì)的性質(zhì)。

2.教學(xué)模擬類

教學(xué)模擬是一種通過信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程虛擬化展示的手段，發(fā)揮表征部分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或動(dòng)態(tài)過程以構(gòu)造學(xué)習(xí)環(huán)境的作用[6]，適用于解決教學(xué)過程中影響教學(xué)效率的難題，如難以口述的抽象概念、繁瑣費(fèi)時(shí)的操作、危險(xiǎn)或不可逆的過程等。表2介紹的化學(xué)教學(xué)模擬類APP，和傳統(tǒng)的圖片或幻燈片的靜態(tài)展示相比，它們特有的動(dòng)畫演示能給學(xué)生帶來更加生動(dòng)直觀的視覺體驗(yàn)，從而能有效幫助學(xué)生規(guī)避抽象繁瑣的學(xué)習(xí)過程，不僅能大大節(jié)約學(xué)習(xí)時(shí)間，也能更好地進(jìn)行自主性的實(shí)踐活動(dòng)。

表2 教學(xué)模擬類APP例舉

模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的APP使學(xué)生在家自主探究藥品的混合和創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成為可能。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生難免會接觸到一些具有腐蝕性、有毒易燃的藥品，其中潛在的安全隱患使得在學(xué)校教學(xué)過程中不可能放任自由，甚至不能放手讓學(xué)生自行操作?；瘜W(xué)家（CHEMIST）和燒杯（BEAKER）均可用于模擬實(shí)驗(yàn)，制備氯氣實(shí)驗(yàn)過程較為復(fù)雜，包含了生產(chǎn)、凈化、收集等流程，因此，可以選擇化學(xué)家（CHEMIST）來完整模擬，而類似鈉在氯氣中的燃燒反應(yīng)便可以用燒杯（BEAKER）來做模擬，流程簡單且現(xiàn)象明顯。學(xué)生甚至可以在APP里操作大量金屬鈉和水反應(yīng)從而發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致的后果，發(fā)現(xiàn)藥品之間發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生有毒物質(zhì)的可能性——從這個(gè)層面來看，有利于增加學(xué)生的科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知并培養(yǎng)相應(yīng)的決策能力。

3.教學(xué)工具類

教學(xué)工具是一種幫助教師學(xué)生解決日常教學(xué)障礙的輔助手段。信息化教學(xué)工具類APP最突出的特點(diǎn)在于擁有豐富的內(nèi)容儲備、強(qiáng)大的功能交互等，加之移動(dòng)設(shè)備的硬件支持，這些APP比起傳統(tǒng)教學(xué)工具更加便捷。表3介紹的化學(xué)教學(xué)的工具類APP，它們整合了各類知識要點(diǎn)和學(xué)習(xí)工具，可以為教師及學(xué)生提供更好的幫助。

表3 教學(xué)工具類APP例舉

元素知識屬于化學(xué)教學(xué)中繁雜的一部分，以元素性質(zhì)的遞變規(guī)律、元素之間的差異與共性等內(nèi)容為例，學(xué)生靠死記硬背難以達(dá)到效果，而通過使用Merck PTE來進(jìn)行數(shù)據(jù)的羅列與對比，可以直觀地呈現(xiàn)同族同周期元素之間的關(guān)聯(lián)性，從而提高教學(xué)的效率。有機(jī)化學(xué)涉及龐雜的有機(jī)化合物，以苯的同系物和衍生物為例，從苯環(huán)演化而來的化合物有千千萬萬，結(jié)構(gòu)既復(fù)雜又相似。對此教師可以借助MolPrime繪制結(jié)構(gòu)的功能，對復(fù)雜的化合物進(jìn)行分步講解，從而幫助學(xué)生循序漸進(jìn)地理解有機(jī)物的組成與構(gòu)造。另外，書寫復(fù)雜的化學(xué)方程式也是教學(xué)難點(diǎn)之一，以高錳酸鉀與濃鹽酸的反應(yīng)為例，其中，涉及到多個(gè)原子的價(jià)態(tài)變化且反應(yīng)系數(shù)較大，借助化學(xué)方程式工具箱完成方程式的配平，甚至只需填入反應(yīng)物即可自動(dòng)補(bǔ)充成完整的方程式。

4.教學(xué)拓展類

拓展本義為拓寬眼界、擴(kuò)展能力，教學(xué)拓展則是在個(gè)人現(xiàn)有學(xué)習(xí)范圍之外延伸學(xué)習(xí)的廣度與深度的手段?，F(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)日趨發(fā)展，教學(xué)拓展類APP更是借助了云技術(shù)，讓學(xué)生可以輕松獲取大量優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)教學(xué)資源。表4列舉了適合于化學(xué)學(xué)習(xí)的APP，學(xué)生可以充分利用自己的空余時(shí)間，來自主學(xué)習(xí)課堂內(nèi)外的化學(xué)知識。

表4拓展類APP例舉

化學(xué)的學(xué)習(xí)之路是無窮無盡的，在課堂之外，還可以使用許多豐富多樣的方式來領(lǐng)略化學(xué)的魅力。剛開始學(xué)習(xí)化學(xué)，科普性質(zhì)的內(nèi)容更受學(xué)生的喜愛，“神奇的化學(xué)元素在行動(dòng)”中便收錄了許多有關(guān)元素單質(zhì)的小實(shí)驗(yàn)，這樣有趣的小短片往往更容易引起學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)理論知識的過程中，通過總結(jié)有助于學(xué)生更好地掌握化學(xué)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，而AL CHEM中歸納梳理的化學(xué)教學(xué)資料，有助于學(xué)生更加綜合系統(tǒng)地掌握化學(xué)知識。進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑是查閱文獻(xiàn)，ACS Mobile作為美國化學(xué)會期刊的官方APP，擁有豐富的化學(xué)拓展內(nèi)容，定期的更新便于及時(shí)獲取最新的化學(xué)知識，提供的權(quán)威文獻(xiàn)有助于學(xué)生更加深入地了解化學(xué)的本質(zhì)。

此外，智能手機(jī)中的攝像頭像素較高，傳感器功能多元化，聯(lián)系配套APP可以完成延時(shí)攝影、高速攝影、熱成像攝影、顯微攝影等科學(xué)影像創(chuàng)作[7]，在化學(xué)教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮記錄、表征的功能，甚至能作為獲取、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有力工具。李嘉老師曾利用安卓智能手機(jī)的CMOS傳感器并配合安卓手機(jī)軟件Color Grab來獲取不同濃度透明有色溶液的各種參量，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel處理后得到相應(yīng)的色差值，通過建立色差值與濃度之間的數(shù)值關(guān)系，再利用智能手機(jī)采集待測透明有色溶液的色差值，即可得到待測溶液的濃度[8]。

三、反思與展望

隨著科技的日益進(jìn)步，越來越多的移動(dòng)教學(xué)資源和高性能工具被引入學(xué)校課堂和學(xué)生生活中，相較于教學(xué)演示，其實(shí)優(yōu)秀實(shí)用的APP更適合成為自主學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)的工具，大大拓展學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，能完成模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、自主探索等任務(wù)，做到傳統(tǒng)教育方式所不能達(dá)成的學(xué)習(xí)效果。不過目前化學(xué)教學(xué)主題APP仍不能得到很好的推廣使用，最主要的問題出自于教育APP自身。首先，應(yīng)用方面大都停留于淺層次階段，功能不夠全面，后續(xù)完善跟進(jìn)緩慢，學(xué)生無法獲得更自由更全面的體驗(yàn)；其次，制作目的太局限于解決單一問題，忽略了各個(gè)知識部分之間的聯(lián)動(dòng)，零散的知識結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)沒有太大的實(shí)際效益；再次，就制作成效來說，大多數(shù)都存在著使用過程完全獨(dú)立的弊端，無法讓學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與身邊的其他人之間有交流互動(dòng)的機(jī)會；最后，很少有教育APP重視有效的評估支持，這便直接導(dǎo)致了學(xué)生無法準(zhǔn)確判斷自己使用過后是否產(chǎn)生實(shí)際效果，教師或家長也很難得到正確的預(yù)估和反饋。當(dāng)然，中學(xué)教學(xué)管理中對于學(xué)生攜帶手機(jī)或其他電子設(shè)備管制的嚴(yán)格，家庭經(jīng)濟(jì)條件的限制，以及學(xué)生使用智能手機(jī)或平板電腦玩游戲耽誤學(xué)習(xí)的隱患，都是造成這些教育APP在化學(xué)教學(xué)中不能得到廣泛應(yīng)用的重要因素。

因此，在教育APP的發(fā)展過程中，還存在著許多值得我們探索和思考的問題。

（1）APP的制作者擁有專業(yè)的研發(fā)能力，教育工作者擁有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，雙方應(yīng)如何協(xié)作來提升教育APP的質(zhì)量？

（2）現(xiàn)有的教育APP也有部分優(yōu)秀的作品，如何將它們更合理地與課堂教學(xué)接軌，將移動(dòng)教學(xué)資源的優(yōu)勢進(jìn)一步體現(xiàn)出來？

（3）在如今教育APP繁雜但良莠不齊的現(xiàn)狀下，如何給出一系列評估指標(biāo)，從而客觀地鑒別教育APP的優(yōu)劣？

[1]胡曦.淺論APP應(yīng)用程序在大學(xué)英語教學(xué)中的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊,2013,(30):67-69.

[2]畢華林,萬延嵐.化學(xué)的魅力與化學(xué)教育的挑戰(zhàn)[J].化學(xué)教學(xué),2015,(05):3-7.

[3]黃榮懷,楊俊鋒,胡永斌.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境——學(xué)習(xí)環(huán)境的變革與趨勢[J].開放教育研究,2012,18(01):75-84.

[4]王廣新,董飛.計(jì)算機(jī)教學(xué)游戲的基本結(jié)構(gòu)與特征綜述[J].中國電化教育,2006,(07):77-80.

[5]薛婧,齊振國,呂芳.國內(nèi)教育游戲現(xiàn)狀研究綜述[J].教育信息技術(shù)，2015,(03):53-55.

[6]陳凱,陳昌云,陸真.化學(xué)教育英文網(wǎng)絡(luò)資源分類例談[J].現(xiàn)代教育科學(xué),2017,32(03):47-52.

[7]江蕓,周冰.智能移動(dòng)設(shè)備在科學(xué)影像創(chuàng)作中的應(yīng)用[J].中國科技教育,2016,(04):58-59.

[8]李嘉.利用安卓智能手機(jī)快速檢測透明有色溶液的濃度[J].化學(xué)教育,2017,38(01):57-60.