手持技术数字化实验与化学教学的深度融合:从“研究案例”到“认知模型”——TQVC概念认知模型的建构
发布时间：2021-04-07 01:07
手持技术是教育信息化进程中产生的先进教育认知工具,集数据采集与分析于一体,具有定量化与可视化特点,可帮助学生克服抽象化学知识学习中的认知难点。手持技术数字化实验与化学教学的融合始于宏观层面的"研究案例"开发,并逐渐深入至微观层面的"认知模型"建构。为丰富手持技术在认知心理层面的研究内容,根据认知-建构主义学习理论,首次提出基于手持技术的TQVC概念认知模型,即转化（Transformation）-量化感知（Quantitative Perception）-视觉感知（Visual Perception）-比较（Compare）概念认知模型,并以高中微观化学概念"分子间作用力"为例,阐明该模型如何应用于教学实践,通过对学生和教师的调查研究,进一步验证模型的实际应用效果。研究发现,TQVC概念认知模型,将有助于教育工作者从心理学角度认识学生在手持技术环境下进行概念学习的认知规律,进而在化学教育实践中科学有效地开展基于手持技术的信息化概念教学。
【文章来源】：远程教育杂志. 2018,36(04)北大核心CSSCI
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
各类手持技术研究案例的关系
?姓?希?颐墙ü?基于手持技术的TQVC概念认知模型，即转化（Transformation）-量化感知（QuantitativePerception）-视觉感知（VisualPerception）-比较（Compare）概念认知模型。（三）模型内涵TQVC概念认知模型是以认知-建构主义学习理论为理论基础，以手持技术为技术支持，学习者将目标概念的关键内涵，转化为认知结构中已有的概念关联属性，再量化感知由手持技术某种属性传感器同步测得的多种目标概念关联物质的属性数据，并进一步视觉感知直观的属性曲线，在比较参照思维中，科学建构抽象的概念。模型内容如图2所示。图2基于手持技术的TQVC概念认知模型四、TQVC概念认知模型在化学教学中的应用我们选取高中微观化学概念“分子间作用力”为例，详细说明基于手持技术的TQVC概念认知模型，如何应用于教学实践。案例中采用的手持技术是指由数据采集器、4个相同型号的接触式温度传感器（0-110℃）及配套软件组成，并能与计算机连接的实验技术系统。该系统通过温度传感器探头与待测物质直接接触，能实时定量地测量待测物质的温度及其变化，并在电脑屏幕上为学生呈现直观可视的温度曲线图像。（一）微观概念“分子间作用力”的认知现状分子间作用力是把分子聚集在一起的作用力，是人教版高中化学必修2及选修3“分子结构与性质”的核心概念，关于其大小的比较，教材中仅用一句话概括：相对分子质量越大，分子间作用力越大；分子的极性越大，分子间作用力也越大[62-63]。由于分子间作用力不可直接测量，且高中阶段还没有涉及与分子间作用力本质内涵相关的原理，传统教学尚停留在学生对“分子间作用力”相关规律的机械记忆上。为了帮助学生从微观层面科学地感知和比较不同分子的分子间作用力大小，需将分子间作用力转?
后剩余液体分子的温度进行表征和比较，帮助学生建构“分子间作用力”概念。过程如下：选取常温下易挥发且结构相似的液体———甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇进行实验，在四个型号相同的温度传感器的有效部位（探头），卷上相同大小的白纱布；将卷有白纱布的温度探头①、②、③、④分别同时浸入装有甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇的烧杯中，以润湿白纱布；再经过5s后，同时将四个温度探头提起来，平行放在实验架上，液态醇随即开始在温度探头上蒸发，实验者实时观察温度读数的变化。实验装置和液体蒸发过程体系能量变化，如图3所示。图3手持技术实验装置3.视觉感知（VisualPerception）“分子间作用力”经转化为“温度”曲线后，具有了可视性，手持技术可呈现出直观可视的温度曲线图像，学生通过图像可以直观地“看到”四种液态醇的温度下降速率顺序，进而通过视觉通道，感知它们的分子间作用力大校4.比较（Compare）学生对“分子间作用力”的认知，可通过实时比较四种相似物质蒸发时剩余液体的温度曲线而间接完成。四种液态醇的温度下降速率顺序为：甲醇>乙醇>正丙醇>正丁醇。通过分析可以得出，四种液态醇分子间作用力大小顺序为：正丁醇>正丙醇>乙醇>甲醇。学生表面上比较的是曲线变化，实质上比较的是分子间作用力以及分子结构———上述四种醇类，其分子间色散力是主要的分子间作用力，而分子间产生色散力的前提是分子发生变形，导致分子电荷分布不均匀并在内部形成瞬时偶极矩，因此，分子越易变形，分子间的色散力就越大。学生尽管在中学阶段尚不能理解分子间作用力的本质，但通过实验事实，并对曲线进行比较分析，有助于他们进一步印证理解教材中呈现的规律———组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用?
本文编号：3122504
【文章来源】：远程教育杂志. 2018,36(04)北大核心CSSCI
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
各类手持技术研究案例的关系
?姓?希?颐墙ü?基于手持技术的TQVC概念认知模型，即转化（Transformation）-量化感知（QuantitativePerception）-视觉感知（VisualPerception）-比较（Compare）概念认知模型。（三）模型内涵TQVC概念认知模型是以认知-建构主义学习理论为理论基础，以手持技术为技术支持，学习者将目标概念的关键内涵，转化为认知结构中已有的概念关联属性，再量化感知由手持技术某种属性传感器同步测得的多种目标概念关联物质的属性数据，并进一步视觉感知直观的属性曲线，在比较参照思维中，科学建构抽象的概念。模型内容如图2所示。图2基于手持技术的TQVC概念认知模型四、TQVC概念认知模型在化学教学中的应用我们选取高中微观化学概念“分子间作用力”为例，详细说明基于手持技术的TQVC概念认知模型，如何应用于教学实践。案例中采用的手持技术是指由数据采集器、4个相同型号的接触式温度传感器（0-110℃）及配套软件组成，并能与计算机连接的实验技术系统。该系统通过温度传感器探头与待测物质直接接触，能实时定量地测量待测物质的温度及其变化，并在电脑屏幕上为学生呈现直观可视的温度曲线图像。（一）微观概念“分子间作用力”的认知现状分子间作用力是把分子聚集在一起的作用力，是人教版高中化学必修2及选修3“分子结构与性质”的核心概念，关于其大小的比较，教材中仅用一句话概括：相对分子质量越大，分子间作用力越大；分子的极性越大，分子间作用力也越大[62-63]。由于分子间作用力不可直接测量，且高中阶段还没有涉及与分子间作用力本质内涵相关的原理，传统教学尚停留在学生对“分子间作用力”相关规律的机械记忆上。为了帮助学生从微观层面科学地感知和比较不同分子的分子间作用力大小，需将分子间作用力转?
后剩余液体分子的温度进行表征和比较，帮助学生建构“分子间作用力”概念。过程如下：选取常温下易挥发且结构相似的液体———甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇进行实验，在四个型号相同的温度传感器的有效部位（探头），卷上相同大小的白纱布；将卷有白纱布的温度探头①、②、③、④分别同时浸入装有甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇的烧杯中，以润湿白纱布；再经过5s后，同时将四个温度探头提起来，平行放在实验架上，液态醇随即开始在温度探头上蒸发，实验者实时观察温度读数的变化。实验装置和液体蒸发过程体系能量变化，如图3所示。图3手持技术实验装置3.视觉感知（VisualPerception）“分子间作用力”经转化为“温度”曲线后，具有了可视性，手持技术可呈现出直观可视的温度曲线图像，学生通过图像可以直观地“看到”四种液态醇的温度下降速率顺序，进而通过视觉通道，感知它们的分子间作用力大校4.比较（Compare）学生对“分子间作用力”的认知，可通过实时比较四种相似物质蒸发时剩余液体的温度曲线而间接完成。四种液态醇的温度下降速率顺序为：甲醇>乙醇>正丙醇>正丁醇。通过分析可以得出，四种液态醇分子间作用力大小顺序为：正丁醇>正丙醇>乙醇>甲醇。学生表面上比较的是曲线变化，实质上比较的是分子间作用力以及分子结构———上述四种醇类，其分子间色散力是主要的分子间作用力，而分子间产生色散力的前提是分子发生变形，导致分子电荷分布不均匀并在内部形成瞬时偶极矩，因此，分子越易变形，分子间的色散力就越大。学生尽管在中学阶段尚不能理解分子间作用力的本质，但通过实验事实，并对曲线进行比较分析，有助于他们进一步印证理解教材中呈现的规律———组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用?
本文编号：3122504
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