1、索取号：G633.8/4.113：142021087 密级： 公开 教 育 硕 士 学 位 论 文中学化学学生数字化实验的可行性研究研 究 生： 韦存容 指导教师： 马宏佳 教授 培养单位： 教师教育学院 专业学位领域： 学科教学（化学） 完成时间： 2016 年 3 月 20 日 答辩时间： 2016 年 5 月 20 日 教育硕士学位论文学科教学（化学）韦存容南京师范大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的
2、研究成果。其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。学位论文作者签名： 日 期： 学位论文使用授权声明研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属南京师范大学。学校有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以采用影印、复印等手段保存、汇编本学位论文。学校可以向国家有关机关或机构送交论文的电子和纸质文档，允许论文被查阅和借阅。 （保密论文在解密后遵守此规定）保密论文注释：本学位论文属于保密论文，密级： 保密期限为 年。学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 摘要摘 要学生实验是化学课程教学中不可缺少的部分，数字化实验体
3、现了现代化学课程的时代特色，作为学生实验有利于推动中学化学实验改革。故本研究以 4例中学化学数字化实验为切入点，利用澳大利亚的 ACELL 学生实验可行性评价系统探讨了数字化实验作为学生实验的可行性，为数字化实验作为学生实验进入中学日常教学提供实践基础。本研究分为六个部分。第一部分为绪论，综述了研究的缘由、研究目的、意义，界定了相关概念。第二部分为数字化实验的文献研究，对国内外数字化实验的研究内容与发展现状进行回顾与分析。第三部分介绍本研究的研究方法。第四部分介绍 ACELL 学生实验可行性评价系统，说明了 ACELL 的目的、评价工具、评价流程，以及相关的案例。第五部分对设计的 4 例化学学
4、生数字化实验进行可行性研究，采用 ACELL 评价方法，通过 26 位在职教育硕士对 4 个数字化实验的亲自实施和问卷调查及用三角互证法对调查结果的分析，得出结论，并根据反馈对实验进行改进。第六部分为研究的结论与反思。研究得到以下结论：本研究设计的 4 个中学化学数字化实验作为学生实验在教学上具有可行性。主要表现为：（1）这些实验具有可操作性，并且在化学学习中具有价值；（2）这些实验具有显著的教学效果，学生在完成相应的数字化实验后，基本上能够达到预定的教学目标；（3）这些实验的实验单中实验目标清晰、操作步骤明确、实验介绍充分、评价标准明确，能够满足学生做实验时的要求；（4）在一节实验课中完成一
5、例学生数字化实验的时间是合适的。研究也说明用 ACELL 评价系统评价学生实验的可行性是科学和有效的。论文最后对本研究的不足进行了反思，对进一步研究的方向进行了展望。关键词：数字化实验，学生实验，可行性AbstractIAbstractStudents laboratory experiment is an indispensable part in chemistry teaching. Microcomputer-Based Laboratory （MBL）which reflects the era characteristic of modern chemistry courses i
6、s conducive to promote the reform of high school chemistry experiment when using it as students laboratory experiment. For this reason, we broke through from MBL experiments of 4 high school by using Australia ACELL (Advancing Chemistry by Enhancing Learning in the Laboratory) approach to explore wh
7、ether it is feasible to introduce MBL experiments as students laboratory experiments. According to these results, practical MBL experiments using as a daily laboratory experiment in high school is practical. .This paper contains six parts as follows: Firstly, the reason,purpose, relevant concepts of
8、 this research were described in the preface. In the second part, we reviewed the domestic and foreign development of MBL. In the third part, the research methods of this study were introduced. In the forth part, we introduced the ACELL approach, including the aims, survey instruments, evaluation pr
9、ocess and published outcomes of ACELL. In the fifth part, we study the feasibility of 4 cases of students laboratory MBL experiments. Using ACELL approach, 26 on-the -job masters personally did 4 cases of MBL experiments and completed questionnaires. Then we used triangulation to analysis the result
10、s of questionnaires, afterwards we obtained the conclusion and optimized the MBL experimental design . In the sixth part, some conclusions and reflections have been simply examined.The conclusions of this research including:4 MBL experiments we designed in this research are feasible in laboratory ex
11、periments teaching. The main performance of this conclusions are: (1) These experiments are operable and valuable in chemistry teaching. (2) These experiments have remarkable teaching effect, and students can achieve predetermined teaching goals after completing corresponding MBL experiments. (3) Cl
12、ear learning objectives, unambiguous operation steps, sufficient background information and appropriate standards satisfy the requirements of the students when doing experiments. (4) It is appropriate to complete a MBL experiment in a class. The research also shows that using ACELL approach to evalu
13、ate the feasibility of students laboratory experiment AbstractIIis scientific and effective.Finally, we reflect on the insufficient of this research and prospect the direction of further research in the future.Key words: Microcomputer-based Laboratories; Students laboratory experiments; feasibility目
14、录目录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 研究缘由与意义 .11.1.1 研究缘由 .11.1.2 研究意义 .11.2 相关概念的界定 .41.2.1 数字化实验 .41.2.2 学生实验 .51.2.3 可行性 .6第 2 章 数字化实验的文献研究 .72.1 国外关于数字化实验的研究 .72.2 国内关于数字化实验的研究 .112.3 数字化实验的国内外研究比较 .15第 3 章 研究方法 .173.1 行动研究法 .173.2 基于设计的研究法 .183.3 三角互证法 .19第 4 章 ACELL 学生实验教学可行性评价系统 .214.1 ACELL 系统
15、简介 .214.2 ACELL 可行性评价方法 .224.2.1 评价工具 .224.2.2 实验教育模板 .224.2.3 评价流程 .244.3 ACELL 研究成果 .25第 5 章 可行性评价研究 .285.1 研究工具与程序 .285.1.1 研究工具 .285.1.2 研究程序 .285.2 数据处理办法 .295.2.1 李克特式问题数据处理 .305.2.2 开放式问题数据处理 .305.3 实验 1：中和热的测定评价分析 .31目录I5.3.1 数据处理 .315.3.2 结果与讨论 .345.3.3 实验设计改进 .405.4 实验 2：浓度、催化剂对 H2O2 分解速率的
16、影响 .405.4.1 数据处理 .405.4.2 结果与讨论 .425.4.3 实验设计改进 .465.5 实验 3：实验测定酸碱反应 pH 变化曲线 .485.5.1 数据处理 .486.5.2 结果与讨论 .515.5.3 实验设计改进 .555.6 实验 4：温度、浓度、同离子效应对醋酸电离平衡的影响 .555.6.1 数据处理 .555.6.2 结果与讨论 .575.6.3 实验设计改进 .615.7 可行性评价研究小结 .62第 6 章 研究结论和反思 .646.1 研究结论 .646.2 研究反思 .64参考文献 .66附录 .70附录 1 实验设计与教学目标分析案例 .70附录
17、 2 高中化学学生数字化实验可行性调查问卷 .70在读期间发表的学术论文与研究成果 .70致谢 .70第 1 章 绪论0第 1 章 绪论1.1 研究缘由与意义1.1.1 研究缘由以实验为基础是化学学科的重要特征之一，学生实验是化学课程教学中不可缺少的部分。数字化实验是利用传感器、数据采集器和计算机进行的实验。化学数字化实验作为信息技术与化学实验的整合，目前已越来越多地引起了基础化学教育研究者的关注。人们在利用数字化实验开展研究性学习、设计演示实验、辨析学科问题、开设校本课程等方面做了大量研究，相对而言，利用数字化实验开展全班性的学生实验（指全班学生在化学实验室完成的实验）的研究尚很少。为了弥补
18、这方面的不足，笔者选择中学化学数字化实验作为学生实验进行可行性进行研究，希望能为数字化实验作为学生实验进入课堂打下一定的理论和实践基础。同时，如何定量地评价学生实验教学的可行性和有效性一直是我国化学教育领域的盲点和难题。本研究引入澳大利亚的 ACELL（Advancing Chemistry by Enhancing Learning in the Laboratory）学生实验可行性评价系统，从定量、半定量和定性角度测量化学数字化实验作为学生分组实验的可行性，突破了一般实验教学可行性分析的局限，具有一定的研究方法创新价值。1.1.2 研究意义1.1.2.1 研究学生实验的必要性学生实验是中学
19、化学教学中的重要组成部分，对学生能力的培养有着不可替代的作用。王磊（2009） 1认为学生实验是培养学生实验技能、养成科学态度、学习方法的重要的教学形式。郑长龙（2009） 2认为学生实验能够激发学生的操作兴趣、探究兴趣和创造兴趣，加深和巩固学生已学的化学知识，发展实验探究能力，培养学生的综合技能，培养学生严谨的科学态度和化学实验基本观念。马建峰（2014） 3认为学生实验能够巩固和丰富学生已学的化学知识，提高学生的实验操作能力，培养学生的观察能力和思维能力，提高学生的解决问题的能力，培养学生严谨求实的科学态度和良好的科学品质。Priest （2014） 4认1 王磊主编 . 中学化学实验及教
20、学研究M.北京:北京师范大学出版社 ,2009,9:4.2 郑长龙主编 . 化学实验课程与教学论M.北京:高等教育出版社,2009,8:47.3 马建峰主编 . 化学实验教学论（第二版）M.北京:科学出版社,2014,6:17.4 Williamson S J P S. Student Perceptions of Chemistry Experiments with Different Technological Interfaces: A Comparative StudyJ. Journal of Chemical Education. 2014(11): 1787-1795.第 1 章
21、 绪论1为学生实验能够使学生更好地理解学过的概念，他认为学生实验能够将具体事物、宏观现象与抽象表达、符号表征联系起来，有利于消除理解化学概念的障碍。学生实验有着教师演示实验和边讲边实验所不具备的功能。学生实验比起教师演示实验，更能培养学生的实验观察能力，锻炼学生的实验操作技能和提高学生的实验素养；学生实验能够完成边讲边实验中所不能完成的较复杂的实验，另外学生的自主性更大，更有利于培养学生的探究兴趣和创造兴趣。 就像英国著名化学家和化学教育家阿姆斯特朗（H. E. Armstrong） 1所认为“实物教学、演示实验不管有怎样的价值和效果” ，都无法与学生亲自进行的“发现式实验相比拟”一样。演示实
22、验、边讲边实验在某些方面是无法与学生在实验室里进行的实验获得一样的效果的。高中学生实验的改革是课程改革的重要内容。1952 年颁布的我国第一部教学大纲中学化学教学大纲（草案） 明确提出实验分为教师实验和学生实验两大类。在之后的教学大纲以及教材中也明确安排有学生实验 2（伏兴，2014） 。义务教育化学课程标准（实验稿） 和普通高中化学课程标准（实验） 中没有明确规定学生实验，依据课程标准编写的 2001 年版的初中新课标教科书和三套不同的 2004 年版高中化学课程标准教科书都淡化了演示实验与学生实验的界限，没有单独列出学生实验。但在之后的义务教育化学课程标准（2011 年版） 中，在科学探究
23、主题中增加了一个二级主题“（四）完成基础的学生实验”，明确规定了 8 个基础的学生实验。为什么义务教育新课标会新增这个二级主题呢？这是由于在之前的义务教育化学课程标准实施 10 年过程中，基础教育课程专家们注意到化学实验教学在全国各地的学校教学中都存在弱化的倾向 3（张贤金等，2012） 。在实验教学中，有的教师用多媒体“虚拟实验”和“讲实验”来代替“做实验” ，这严重弱化了化学实验的教学功能 4（郑长龙，2012） 。目前，高中化学实验教学中也普遍存在着学生实验弱化的现象 567，并且有不少教师建议把“学生实验”和“演示实验”分开，规定必做的基础学生实验，设置相应课时，避免学生实验只是由教师
24、进行演示的现状 8。因此，笔者认为，像义务教育新课标一样，重新明确规定学生实验是新课标修订的趋势之一。1 陈耀亭 . 化学教育文集M. 北京:中国劳动出版社,1992:166.2 伏兴. 我国中学化学教科书实验六十年变迁的研究D. 四川师范大学, 2014.3 张贤金 , 吴新建. 义务教育化学课程标准(2011 年版) 对十年课改的回应J. 化学教与学, 2012, (07): 2-3.4 郑长龙 . 义务教育化学新课程实施中的几个问题及思考J. 课程 教材教法, 2012, (03): 70-78.5 钱胜, 冯启能. 高中新课程化学实验教学现状调查报告J. 化学教学 , 2015, (01): 20-23.6 王祖浩 . 对我国高中化学课程标准实施和修订的审视J. 基础教育课程 , 2013, (Z1): 57-66.7 吴峰, 魏香三, 熊言林. 高中化学“学生实验”教学现状与对策J. 化学教育, 2013, (01): 62-64.8 钱胜, 冯启能. 高中新课程化学实验教学现状调查报告J. 化学教学 , 2015, (01): 20-23.
