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(xué)教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，了解蘇州市初中數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)情況、初中化學(xué)教學(xué)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(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識、態(tài)度方面的差異性，以及教師自身對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識與行為的差異。以期提出合適的發(fā)展建議，進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化傳感技術(shù);初中化學(xué)教學(xué);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(xiàn)標(biāo)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(gè)重大項(xiàng)目之一，而后制定了《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，進(jìn)一步推進(jìn)教育信息化，堅(jiān)持促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科教育教學(xué)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(jì)算機(jī)以及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件組成，能定量采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字化傳感器的應(yīng)用讓實(shí)驗(yàn)過程可視化、科學(xué)化，能增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)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(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在實(shí)施建議中提出“條件較好的學(xué)校，應(yīng)積極開展改進(jìn)、創(chuàng)新教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)，讓學(xué)生接觸一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，努力提高實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)手段的現(xiàn)代化水平”，《上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》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(xué)教學(xué)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(jìn)到化學(xué)教學(xué)中，至今已經(jīng)有十七年左右的時(shí)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(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、促進(jìn)課堂教學(xué)等實(shí)踐探究方面，都有不少研究。當(dāng)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(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而在教學(xué)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(jìn)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的較少，在教學(xué)中的應(yīng)用研究更少。那初中教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識、掌握、應(yīng)用的情況是怎樣的？如何促進(jìn)初中教師對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識和在教學(xué)中利用？本文通過對蘇州市初中化學(xué)教師的調(diào)查，了解數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)在初中教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀，進(jìn)而提出對策。

二、調(diào)查的設(shè)計(jì)

初中化學(xué)數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)歷、所執(zhí)教的學(xué)校所屬類型等;二是從教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)知、態(tài)度兩個(gè)方面進(jìn)行，其中有關(guān)數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識共設(shè)置4道題、數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識設(shè)置5道題、數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的態(tài)度設(shè)置3道題、數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)的實(shí)際情況，采用利克特量表計(jì)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(jì)

本研究調(diào)查對象是蘇州市初中化學(xué)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(shí)驗(yàn)建設(shè)情況進(jìn)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(xué)校建設(shè)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，有42.0%的教師執(zhí)教學(xué)校沒有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。基于不同類型學(xué)校的數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖2所示。在已建有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校中，有60.4%是屬于大市城區(qū)學(xué)校，23.1%屬于縣（區(qū)）級城區(qū)學(xué)校，并且只有16.5%是屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校;在沒有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校中，絕大多數(shù)為縣（區(qū)）級城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校，只有8.3%為大市城區(qū)學(xué)校。這說明數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(xué)校，在教學(xué)條件、實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備等方面仍存在較大差距。

對初中化學(xué)教師接觸過的傳感器種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖3所示。

僅對初中化學(xué)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(qiáng)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(qiáng)度傳感器和水溶氧傳感器在初中化學(xué)中應(yīng)用很少，分別占1.4%、2.5%。這與初中化學(xué)教學(xué)內(nèi)容有很大的關(guān)系。應(yīng)用pH傳感器探究初中化學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容是“酸堿中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，利用溫度傳感器的探究實(shí)驗(yàn)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(qiáng)傳感器主要用于金屬與酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，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(xué)的面較窄。在初中化學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)用溶解氧傳感器、光強(qiáng)度傳感器、電壓傳感器、色度計(jì)等則少之又少。但通過開展課外活動(dòng)，可以在初中化學(xué)教學(xué)中引入更多的傳感器。例如利用溶解氧傳感器讓學(xué)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(jìn)行果蔬原電池的趣味探索實(shí)驗(yàn)，這不僅能豐富學(xué)生對于數(shù)字化傳感技術(shù)的認(rèn)識，也能幫助學(xué)生建立起初高中的銜接。

2.影響數(shù)字化傳感技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的原因分析

對影響數(shù)字化傳感技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用10項(xiàng)可能的因素進(jìn)行調(diào)查。問題采用利克特量表計(jì)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(gè)維度得分匯總。均值越高，說明教師認(rèn)可因素的影響程度越大。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表2所示。

從均值排序中可以發(fā)現(xiàn)，“學(xué)校設(shè)備條件有限”“學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度”“升學(xué)考試的壓力”“課時(shí)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(gè)為外在的客觀因素，這說明大部分教師在歸因時(shí)更傾向于歸在外部因素。“學(xué)校設(shè)備條件”“學(xué)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(xué)中的應(yīng)用，但以蘇州市數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(gè)角度說明教師對數(shù)字化傳感技術(shù)認(rèn)識的偏差。

3.教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識、行為、態(tài)度分析

（1）教師的認(rèn)識、行為、態(tài)度總體水平

通過描述統(tǒng)計(jì)，了解蘇州市初中化學(xué)教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)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(shí)驗(yàn)的認(rèn)識均值為2.47，處于中等水平。教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)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(shí)驗(yàn)還是教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的行為均值為2.52，明顯小于教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識均值3.09，因此為研究教師自身對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識與其在教學(xué)中的實(shí)踐行為是否存在著差異，針對已使用技術(shù)教學(xué)的教師，進(jìn)行配對T檢驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)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(rèn)識數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，但受到課時(shí)安排、升學(xué)考試壓力等外部因素的影響，不能將對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識很好地付諸于實(shí)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(shí)踐過程中，卻沒有正確的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳感技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的較好融合。

（2）不同類別教師的認(rèn)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(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)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(xué)歷”“學(xué)校類型”4個(gè)變量依次與認(rèn)識、行為、態(tài)度3個(gè)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(xué)歷、學(xué)校類型不同的教師與其對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及教學(xué)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(xué)教師的教齡與其對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及教學(xué)態(tài)度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，這表明越是年輕的教師越認(rèn)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(xué)教師的性別、教齡、學(xué)歷分別與其對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識也無顯著相關(guān)，而以化學(xué)教師所執(zhí)教的學(xué)校類型為變量，顯著性概率為0.000，小于0.01，因此初中化學(xué)教師所執(zhí)教學(xué)校的所屬類型與其對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識密切相關(guān)。

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

從表中可知，學(xué)校類型不同的教師在對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)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(xué)校的化學(xué)教師在對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識上存在著顯著的差異。通過描述統(tǒng)計(jì)，在對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)及教學(xué)認(rèn)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(xué)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(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)識高于縣（區(qū)）級城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校的教師，這種認(rèn)識上的差異又是由不同類型學(xué)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(xué)教學(xué)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(shí)驗(yàn)及教學(xué)的認(rèn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識與其在實(shí)際教學(xué)中的實(shí)踐行為存在著顯著性差異。為了更好地在初中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用和推廣數(shù)字化傳感技術(shù)，提出以下兩點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(xué)校沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，教師就沒有實(shí)踐的機(jī)會，學(xué)生就不能利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來提高科學(xué)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(xué)校享有相當(dāng)?shù)慕逃?，但?shù)字化傳感設(shè)備價(jià)格比較昂貴，若是給每一所學(xué)校都配置一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，耗資巨大，也會是成為教育資源的浪費(fèi)。我們可以借鑒美國阿拉巴馬州開展的“運(yùn)動(dòng)中的科學(xué)”項(xiàng)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(xué)中，讓公立學(xué)校能循環(huán)共享這些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使不同背景的學(xué)生有機(jī)會利用數(shù)字化傳感技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣既實(shí)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(shí)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(xué)教學(xué)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(rèn)識，但在教學(xué)實(shí)踐中只是簡單機(jī)械地應(yīng)用技術(shù)，使得教師對數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識與實(shí)踐存在差異。因此，中學(xué)和大學(xué)應(yīng)適當(dāng)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(rèn)識，會動(dòng)手操作數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)，并鼓勵(lì)教師積極改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);針對認(rèn)識與實(shí)踐存在差異的教師，培訓(xùn)的目標(biāo)是教師能將化學(xué)數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢最大化地應(yīng)用到中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教學(xué)的深度融合。為此培訓(xùn)內(nèi)容主要側(cè)重技術(shù)與教學(xué)深度融合的理論學(xué)習(xí)，并且多提供些深度融合的教學(xué)案例供教師交流參考。