基于APP 的化學學科移動學習資源分類例談*

☆ 蔡迅軼 陳 凱 孫紅淼

（1.南京曉莊學院環境科學學院，江蘇南京 211171；2.首都師范大學教育學院，北京 100048）

一、引言

進入21世紀以來，科技日新月異，智能手機和平板電腦已經極大地改變了人們的生活方式和學習方式。發源于智能手機中的APP（英文application的縮寫）原本特指設計人員為了滿足使用者達成不同的目的而專門制作的一類程序，現在泛指移動設備中的第三方應用程序。APP普遍具有便捷性、個性化、趣味性等突出優勢，一開始投放就被嘗試應用于教育領域[1]。隨著近年來互聯網的普及，APP的教學應用則有了更強大的功能支持，如云數據庫為部分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——這些數據可以是百科知識的文本也可以是化學主題音像素材；學習者還可以借助APP的即時通訊技術實現師生互動，或者在千里之外與課堂對接實現遠程學習——技術造就的靈活多樣的形式使得學習的交互不再局限于課堂之中。

化學作為一門自然科學，其學習的獨特性在于所涉及的主題多從微觀特征、宏觀現象以及獨有的符號體系三個方面彰顯三重表征規律[2]，所以，對中學生來說，深度理解難免會有一定的困難,也正是因為這樣的特殊性，化學教學過程中除了采用傳統的教學媒體，還需要一批能夠化抽象為具體、化繁為簡的技術支持來幫助學生更好地思考化學問題。因此，已經廣泛使用的智能手機或其它移動設備所承載的化學學科APP，不僅僅是對化學教師執教的有益補充，更成為學生開展非正式學習活動、實施問題解決的有力工具。合理有效地利用APP，對于改進化學教學、推動教育信息化的進程都具有重要的理論意義和實踐價值。

二、基于智能移動終端的化學教學APP

智能移動終端的迅猛發展和普及，使得智慧學習環境的構建有了新的支撐[3]。教學APP的智能性、便捷性和交互性，能成為教學策略革新的有效工具。但是如何充分利用該新興移動教學資源使其更好地服務于教學，則是目前學科教師和教育技術研究者需要考慮的問題。基于此，本文針對化學學科APP依據不同的功能和特點進行了分類梳理。

1.教學游戲類

教學游戲是指基于教學安排開發的具有一系列特定規則的結構化事件，它們的發生會促使學習者以優于競爭者或自己先前行為表現的方式，力爭完成一個特定的目標[4]。教育游戲將教育內容與游戲融合起來，帶有明顯的、有意圖的教育性，是能夠幫助學生認識、學習、培養和發展潛在智能的載體，其中，學習者、游戲和教育內容是教育游戲所必須具備的條件[5]。表1介紹了三款化學教學游戲APP，它們能夠實現將游戲的互動性和趣味性融入到移動教學資源之中，相較于傳統的教學游戲形式，APP對游戲的呈現更為生動，與學生的互動也更加多樣。這便能讓學生在玩游戲獲得樂趣的同時，激發出對學習內容自主探索的積極性。

表1 教學游戲類APP例舉

表1中的三款APP立足于不同的視角，將微觀粒子的組成與構造以生動形象的方式呈現出來，從而幫助學生更加直觀地來理解這些問題。以“碳”為例，學生可以在Nova Elements的“構造原子”功能中，通過增減質子、中子、電子，很方便地了解到碳原子的構造、組成等。在“原子9號”游戲中，學生連接微粒以構建如“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構。而在Toca Lab中，“碳”變成了一個可愛的卡通形象，學生能直觀地了解到碳單質的性質。

2.教學模擬類

教學模擬是一種通過信息技術來實現教學過程虛擬化展示的手段，發揮表征部分系統的結構或動態過程以構造學習環境的作用[6]，適用于解決教學過程中影響教學效率的難題，如難以口述的抽象概念、繁瑣費時的操作、危險或不可逆的過程等。表2介紹的化學教學模擬類APP，和傳統的圖片或幻燈片的靜態展示相比，它們特有的動畫演示能給學生帶來更加生動直觀的視覺體驗，從而能有效幫助學生規避抽象繁瑣的學習過程，不僅能大大節約學習時間，也能更好地進行自主性的實踐活動。

表2 教學模擬類APP例舉

模擬化學實驗室的APP使學生在家自主探究藥品的混合和創意實驗設計成為可能。在實際實驗過程中，學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校教學過程中不可能放任自由，甚至不能放手讓學生自行操作。化學家（CHEMIST）和燒杯（BEAKER）均可用于模擬實驗，制備氯氣實驗過程較為復雜，包含了生產、凈化、收集等流程，因此，可以選擇化學家（CHEMIST）來完整模擬，而類似鈉在氯氣中的燃燒反應便可以用燒杯（BEAKER）來做模擬，流程簡單且現象明顯。學生甚至可以在APP里操作大量金屬鈉和水反應從而發現可能導致的后果，發現藥品之間發生反應產生有毒物質的可能性——從這個層面來看，有利于增加學生的科學風險認知并培養相應的決策能力。

3.教學工具類

教學工具是一種幫助教師學生解決日常教學障礙的輔助手段。信息化教學工具類APP最突出的特點在于擁有豐富的內容儲備、強大的功能交互等，加之移動設備的硬件支持，這些APP比起傳統教學工具更加便捷。表3介紹的化學教學的工具類APP，它們整合了各類知識要點和學習工具，可以為教師及學生提供更好的幫助。

表3 教學工具類APP例舉

元素知識屬于化學教學中繁雜的一部分，以元素性質的遞變規律、元素之間的差異與共性等內容為例，學生靠死記硬背難以達到效果，而通過使用Merck PTE來進行數據的羅列與對比，可以直觀地呈現同族同周期元素之間的關聯性，從而提高教學的效率。有機化學涉及龐雜的有機化合物，以苯的同系物和衍生物為例，從苯環演化而來的化合物有千千萬萬，結構既復雜又相似。對此教師可以借助MolPrime繪制結構的功能，對復雜的化合物進行分步講解，從而幫助學生循序漸進地理解有機物的組成與構造。另外，書寫復雜的化學方程式也是教學難點之一，以高錳酸鉀與濃鹽酸的反應為例，其中，涉及到多個原子的價態變化且反應系數較大，借助化學方程式工具箱完成方程式的配平，甚至只需填入反應物即可自動補充成完整的方程式。

4.教學拓展類

拓展本義為拓寬眼界、擴展能力，教學拓展則是在個人現有學習范圍之外延伸學習的廣度與深度的手段。現如今，網絡日趨發展，教學拓展類APP更是借助了云技術，讓學生可以輕松獲取大量優質的移動教學資源。表4列舉了適合于化學學習的APP，學生可以充分利用自己的空余時間，來自主學習課堂內外的化學知識。

表4拓展類APP例舉

化學的學習之路是無窮無盡的，在課堂之外，還可以使用許多豐富多樣的方式來領略化學的魅力。剛開始學習化學，科普性質的內容更受學生的喜愛，“神奇的化學元素在行動”中便收錄了許多有關元素單質的小實驗，這樣有趣的小短片往往更容易引起學習興趣。在學習理論知識的過程中，通過總結有助于學生更好地掌握化學知識之間的內在聯系，而AL CHEM中歸納梳理的化學教學資料，有助于學生更加綜合系統地掌握化學知識。進一步學習化學的重要途徑是查閱文獻，ACS Mobile作為美國化學會期刊的官方APP，擁有豐富的化學拓展內容，定期的更新便于及時獲取最新的化學知識，提供的權威文獻有助于學生更加深入地了解化學的本質。

此外，智能手機中的攝像頭像素較高，傳感器功能多元化，聯系配套APP可以完成延時攝影、高速攝影、熱成像攝影、顯微攝影等科學影像創作[7]，在化學教學尤其是實驗教學中發揮記錄、表征的功能，甚至能作為獲取、分析實驗數據的有力工具。李嘉老師曾利用安卓智能手機的CMOS傳感器并配合安卓手機軟件Color Grab來獲取不同濃度透明有色溶液的各種參量，并將相應數據導入Excel處理后得到相應的色差值，通過建立色差值與濃度之間的數值關系，再利用智能手機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

隨著科技的日益進步，越來越多的移動教學資源和高性能工具被引入學校課堂和學生生活中，相較于教學演示，其實優秀實用的APP更適合成為自主學習、碎片化學習和非正式學習的工具，大大拓展學習的時間和空間，能完成模擬實驗驗證、自主探索等任務，做到傳統教育方式所不能達成的學習效果。不過目前化學教學主題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，應用方面大都停留于淺層次階段，功能不夠全面，后續完善跟進緩慢，學生無法獲得更自由更全面的體驗；其次，制作目的太局限于解決單一問題，忽略了各個知識部分之間的聯動，零散的知識結構對系統性的學習沒有太大的實際效益；再次，就制作成效來說，大多數都存在著使用過程完全獨立的弊端，無法讓學生與學生、學生與身邊的其他人之間有交流互動的機會；最后，很少有教育APP重視有效的評估支持，這便直接導致了學生無法準確判斷自己使用過后是否產生實際效果，教師或家長也很難得到正確的預估和反饋。當然，中學教學管理中對于學生攜帶手機或其他電子設備管制的嚴格，家庭經濟條件的限制，以及學生使用智能手機或平板電腦玩游戲耽誤學習的隱患，都是造成這些教育APP在化學教學中不能得到廣泛應用的重要因素。

因此，在教育APP的發展過程中，還存在著許多值得我們探索和思考的問題。

（1）APP的制作者擁有專業的研發能力，教育工作者擁有豐富的教學經驗，雙方應如何協作來提升教育APP的質量？

（2）現有的教育APP也有部分優秀的作品，如何將它們更合理地與課堂教學接軌，將移動教學資源的優勢進一步體現出來？

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

[1]胡曦.淺論APP應用程序在大學英語教學中的應用[J].科教導刊,2013,(30):67-69.

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

[3]黃榮懷,楊俊鋒,胡永斌.從數字學習環境到智慧學習環境——學習環境的變革與趨勢[J].開放教育研究,2012,18(01):75-84.

[4]王廣新,董飛.計算機教學游戲的基本結構與特征綜述[J].中國電化教育,2006,(07):77-80.

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

[6]陳凱,陳昌云,陸真.化學教育英文網絡資源分類例談[J].現代教育科學,2017,32(03):47-52.

[7]江蕓,周冰.智能移動設備在科學影像創作中的應用[J].中國科技教育,2016,(04):58-59.

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