化学教师对手持技术数字化实验应用的态度调查

朱庆　钱扬义　麦裕华　杜慧鸣　石光

摘要： 对“国培计划（2018）”专职培训团队研修项目华南师范大学化学班60名学员教师进行调查，了解对手持技术实验功能、应用影响因素的态度。结果显示： （1）不同类别教师一致显著认同手持技术实验的实验信息化功能;（2）不同类别教师均认同“实验资源与支持”是最影响手持技术实验应用的因素;（3）不同类别教师对手持技术实验的功能和应用的影响因素有不同的态度取向。态度调查结果有助于根据不同类别教师的态度取向，预期，优化手持技术实验的应用情况。

关键词： 手持技术; 数字化实验; 化学教师; 态度调查

文章编号： 10056629（2019）10001306中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题提出

手持技术是由传感器、数据采集器和装有配套软件的电脑端组成，收集与处理实验数据的信息技术系统[1]。该系统能够定量收集温度、pH、电导率、色度、压强、氧气浓度（包括溶解氧）、二氧化碳浓度以及多种离子浓度等数据，并以曲线形式呈现在电脑上。应用手持技术的化学实验可以称为手持技术数字化化学实验，简称为手持技术实验。与传统实验相比，手持技术实验具有测量仪器携带方便，测量操作简单快捷等功能。由于手持技术实验能够实现实验数据可视化，具有帮助学生探析微观世界，促进学生抽象概念认知，提高学生学习兴趣和信息技术能力等一系列教学功能[2]。

教育部《教育信息化“十三五”规划》要求进一步推进教育信息化，实现信息技术与学科教育教学的深度融合[3]。近十几年，研究者在手持技术实验的案例开发[4～7]、教学实践应用[8～10]和认知模型建构[11]等方面相继取得丰硕成果，对提升中学化学教师的信息化教学能力，优化中学化学教育教学质量起到重要作用。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出化学教科书和教学实践要增加数字化实验[12]。这说明手持技术实验的应用得到国内中学化学教育领域的高度认可，将在新一轮化学课程改革中发挥重要作用。

态度是个体在社会生活中对某种对象形成的、相对稳定的心理反应倾向，包括认知成分、情感成分和行为意向成分[13]。了解个体以及群体对于某种对象的态度，既能够了解个体目前的心理状态，还能够预测个体的可能性行为。化学教师对于手持技术实验的功能和影响因素，也会有相应的态度。最理想的状态是化学教师对手持技术实验的不同功能均具有积极的认同，对影响手持技术实验应用的因素有清晰的认识。由于化学教师对手持技术实验的态度，会影响着其应用手持技术实验的行为，因而关注化学教师态度的具体状况是有意义的研究问题。然而，国内却较少有相关的态度调查研究，已报道的研究结果[14]也难以反映当下现实。在信息技术与化学教育教学需要高度融合的今天，有必要充分了解化学教师对手持技术实验的真实想法，为进一步推广手持技术实验提供必要的参考。

基于上述考虑，本研究以“国培计划（2018）”示范性项目专职培训团队研修项目华南师范大学化学班的学员教师为调查对象，了解他们对手持技术实验功能和影响因素的态度。具体的研究问题是： （1）对比传统实验，不同类别教师主要认同手持技术实验哪些功能？（2）不同类别教师主要认同哪些影响手持技术实验应用的因素？

2 研究方法

2.1 研究参与者

研究对象共来自19个省份，其中来自高校、教研机构和教师进修学校（以下简称教育支撑機构）、中学的教师分别有21人、12人、27人，包括从初级职称到正高级职称的教师。他们具有一定的代表性，其作答结果也一定程度地代表国内各类型教育机构化学教师对手持技术实验的态度。

2.2 研究工具

自编手持技术实验态度调查问卷作为研究工具，包括2个题组共21道题。

题组1了解教师在对比传统实验时，对手持技术实验最突出的功能的认同。笔者认为手持技术实验的功能主要表现在使用信息技术优化了定量实验过程，丰富了教学方法、策略和资源等教学实践内容，促进学生在化学学科思维、知识和能力等方面的发展，可以概括为“实验操作”“教学实践”“能力提升”“认知发展”4个维度。题组1设置1道多项选择题，选择了16个有代表性的功能作为选项。每4个选项对应1个维度。教师需要在16个选项中选择个人认为手持技术实验最突出的4个功能（占总数的25%）。选择的每个选项均计1分，总分是4分。由于总分固定且选项限选，各选项和各维度的均分是相互竞争的。某选项和某维度的均分越大，表示教师群体越认同该选项和该维度反映的功能。题组1是多选题，经研判后具有内容效度和专家效度。

题组2了解教师在不考虑经济条件时，对影响手持技术实验应用的重要因素的认同。影响手持技术实验应用的重要因素主要表现在教师获得的实验资源和单位提供的支持保障、教学内容的需要和教学时数的安排、师生对手持技术实验的知识和应用能力、应用手持技术实验能够获得的教学效果，可以概括为“实验资源和支持”“教学需求和安排”“教师知识和能力”“数字化实验效果”“学生能力表现”5个维度。题组2设置20题选择题，选择了20个有代表性的影响因素作为题目内容。“实验资源和支持”等维度分别有4、 4、 5、 4、 3题。问题使用Likert 7点量表计分形式，选项从“极其影响”到“极其不影响”，分别计分7分至1分。教师需要在每题选择最符合个人真实想法的选项。某题和某维度的均分越大，表示参训教师越认同该题和该维度反映的影响因素。各题均分与所在维度均分、各维度均分和题组均分均具有显著强相关（r>0.7， p<0.001）。题组的Cronbachs a系数是0.963，“实验资源和支持”等维度的Cronbachs a系数是0.822～0.960。这显示题组2具有良好的结构效度和内部一致性信度。

2.3 研究流程

研修班安排手持技术实验专题培训活动，为教师详细介绍手持技术实验的实验案例和教学案例、研究进展和成果。在专题培训活动结束后，教师进行15分钟问卷调查。笔者回收调查问卷，进行数据处理和分析。

3 结果与讨论

3.1 教师一致显著认同手持技术实验的实验信息化功能

首先，通过单因素方差分析，对不同工作单位（高校、教育支撑机构、中学）教师在手持技术实验功能的态度评分进行差异性检验。表1显示3类教师在各功能维度均分的差异均不显著（p>0.05），这表示3类教师对各功能维度有类似的态度。例如，3类教师在“实验操作”维度的均分均最高，尤其是教育支撑机构教师的均分达到2.18分，而在其他功能维度的均分均在1.00分附近或以下。

其次，通过重复测量方差分析，对每类教师各自在手持技术实验功能的态度评分进行差异性检验。表2显示3类教师各自在各功能维度的均分均存在显著差异，多重比较显示主要是“实验操作”维度与其他功能维度的均分存在显著差异（p<0.05）。这表示3类教师内部对各功能维度有不同程度的态度，均显著地认同实验信息化功能是手持技术实验最突出的功能。

再者，通过描述统计，了解各类教师在各功能的具体态度情况（见表3）。3类教师均首选“实验操作”维度“能够呈现定量、準确、直观的实验结果”功能和“能够实时、快捷测量多种物理量的数据”功能，均分均为0.50分以上，教育支撑机构教师的均分更达到0.80分以上。对于其他功能的态度，3类教师体现出不同的倾向性。中学教师更认同“教学实践”维度“帮助学生理解化学概念，提高课堂教学效率”功能。教育支撑机构教师相当重视手持技术实验“发展学生使用证据的论证能力”功能。高校教师主要认同“教学实践”维度“激发学生化学学习兴趣，培养内在学习动机”功能。

最后，在未被选的功能中，高校教师均不选“促进学生建立化学变化的学科观念”功能，教育支撑机构教师均不选“增强学生参与化学学习活动的机会和空间”“发展学生自主学习和合作学习的能力”“发展学生使用信息的数字化学习能力”功能。这表示相应教师群体可能不认同这些功能。

总体而言，3类教师均一致显著地认同定量、实时和简便等实验信息化功能是手持技术实验最突出的功能。他们在态度认同的相异之处主要是，中学教师更认同手持技术实验提高教师课堂教学效率和质量的功能，教育支撑机构教师更认同手持技术实验促进学生论证能力发展的功能，高校参训教师更认同手持技术实验激发学生学习兴趣和动机方面的功能。3类教师是从个人工作内容和经历的角度看待手持技术实验的功能，所以会对手持技术实验较突出的功能有不一致的考量。由于中学教师需要直面中学化学教学实践现场，所以会比其他类别教师，更突出考虑手持技术实验解决教学问题和提供教学效益方面的功能。该研究结果充分展示3类教师对手持技术实验功能的不同态度，也符合人们对中学教师相关态度的预期。

3.2 教师一致认同“实验资源和支持”最影响手持技术实验

首先，通过单因素方差分析，对3类教师在手持技术实验应用影响因素的态度评分进行差异性检验。表4显示3类教师在各影响因素维度均分的差异均不显著（p>0.05）。其次，通过重复测量方差分析，对每类教师各自在手持技术实验影响因素的态度评分进行差异性检验。结果显示3类教师各自在各影响因素维度均分的差异均不显著（p>0.05）。综合这两方面结果，可知3类教师无论在群体间或群体内部，对各影响因素维度均有类似的态度，认同各种影响因素的重要性。

再者，通过描述统计，了解各类教师在各影响因素的具体态度情况。在表4中，高校、教育支撑机构教师在“实验资源和支持”维度的均分均最高，中学教师在“教师知识和能力”“实验资源和支持”“学生能力表现”维度的均分均最高，这表示中学教师对影响手持技术实验的因素有更广泛的认同。

由于3类教师对各影响因素的态度评分基本上都在5分以上（见表5），各影响因素均可以作为“重要”的影响因素。为了更好地分析3类教师最关切的影响因素，特别以5.60分作为分界线，选取出部分均分较高的影响因素。其中，“实验资源和支持”维度的“单位对使用数字化实验的支持”“实验装备的日常维护和更新”影响因素都获得3类教师的重视，毕竟实验设备是手持技术实验得以存在和应用的基础。中学教师和教育支持机构教师均认同“教师知识和能力”维度的“教师接受新事物的意识”“教师设计手持技术实验的能力”是很重要的影响因素，特别关注中学教师在应用和发挥手持技术实验作用中的独特作用。中学教师还特别重视学生的情况，认为“学生能力表现”维度的“学生分析手持技术实验结果的能力”是很重要的影响因素。相对地，教育支撑机构教师从实现效果的角度思考问题，在意“实验资源和支持”维度的“化学实验室的使用和安排”和“数字化实验效果”维度的“手持技术实验提高学生化学知识认知效果”影响因素。

总体而言，3类教师均一致地认同“实验资源和支持”维度有关的影响因素是手持技术实验最重要的影响因素。结合个人工作内容和经历，不同类别教师对手持技术实验其他重要的影响因素有不同的认同。中学教师从个人教学实际工作出发，对手持技术实验与化学教学实践的关系有更深入的认识。他们把参与课堂教学的师生放在主要地位，重视将教师的专业素养、学生的学习能力作为重要的影响因素。中学教师是否具有接受新事物的意识对手持技术实验能否得到应用影响极大，学生能否具有分析手持技术实验结果的能力对手持技术实验的应用效果影响极大。因此，中学教师对手持技术实验应用影响因素的判断非常深刻。相对地，教育支撑机构教师将手持技术实验可能带来的教学效果作为很重要的影响因素。这是从教学效果导向和“反拨”教学实践的角度，认识教学效果对手持技术实验应用的潜在影响。该研究结果充分展示3类教师在认同手持技术实验应用影响因素的差异性，为理解不同类别教师的关注度和行为选择提供参考。

3.3 讨论和建议

不同类别教师在本研究的作答反映出各自教师群体对手持技术实验应用的鲜明态度。由于不同类别教师有不同的工作内容和经历，导致他们对手持技术实验应用的功能和影响因素有不同认同。但他们的态度和重要关切均没有高低之分，需要得到人们的尊重和理解。只是不同的态度取向可以为不同类别教师带来不同的行为意向和具体行为。因此，可以结合本研究结果，更好地预期和优化不同类别教师应用手持技术实验的具体情况。

3.3.1 做好物质资源和支持建设

“实验资源与支持”是人们认为影响手持技术实验应用的最重要因素，也是制约手持技术实验应用的主要矛盾。为解决中学教师缺乏“实验资源与支持”的后顾之忧，中学适宜尽量配备手持技术实验设备和营造鼓励教师应用手持技术实验的良好氛围;中学教师适宜主动积累优质的手持技术实验设计和教学案例，建立个人的、可供参考的案例库;大学和教育支撑机构也适宜主动向中学教师提供一系列有教学创新和思考价值的案例。

3.3.2 培养有创新意识的种子教师

手持技术实验的应用不仅只是教师简单地使用信息技术工具，还会为师生带来教学方式和学习方式的深度改变。诚如研究结果所指出，中学教师和教育支持机构教师均认同： 一名教师是否具有良好接受新事物的意识和设计手持技术实验的能力，是影响手持技术实验从尝试性应用到常態性应用的重要因素。因此，中学、教育支撑机构和大学适宜联合选择有创新意识的教师开展系统的手持技术实验应用研究，为他们搭建教学探索和展示的各层次平台，优先把他们培养成为有专长的种子教师，再通过他们的示范效应带动更多的教师参与手持技术实验应用研究。

3.3.3 研讨学生论证能力培养问题

本研究发现，一方面，“学生分析手持技术实验结果的能力”作为中学教师认同的很重要因素，是手持技术实验得以顺利应用的“因”;另一方面，“促进学生论证能力发展”作为教育支撑机构教师非常认同的功能，是手持技术实验顺利应用的“果”。这两者其实是内容一致的。学生分析手持技术实验结果时，需要分析数据曲线的变化趋势和特殊点的化学意义，更好地理解物质变化的规律，以便证实或证伪研究假设。而结合主张（研究假设）、证据（曲线）和理由（化学概念和原理），回应反驳和质疑，就是学生需要经历的论证过程。因此，学生分析和论证能力的培养以手持技术实验作为良好载体，并且与手持技术实验的广泛应用相辅相成。钱扬义等人提出“四重表征”理论用于师生更好地理解和解释实验结果[15]，但仍然缺少从论证教学角度，对师生在该学习任务的教学实施展开探讨。这是值得人们深入研讨的教学实践问题。

3.3.4 提供差异化的教师培训内容

在各类型教师培训活动中，可以结合不同类别教师的态度取向，提供差异化的手持技术实验培训内容，让教师对手持技术实验产生更全面的认识，以便教师的认识和态度不局限在原来最认可的功能和影响因素上，而是具有更客观的认识和更理性的判断，愿意更积极地应用手持技术实验解决教学实践问题。

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