信息技術(shù)與高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的應(yīng)用實(shí)踐

摘 要：信息技術(shù)與高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合，可以通過運(yùn)用希沃投屏直觀展示教學(xué)、運(yùn)用NOBOOK實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作以及運(yùn)用Plickers卡片即時(shí)互動(dòng)反饋等多途徑實(shí)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生沉浸于學(xué)習(xí)之中，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，有效發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：NOBOOK；Plickers；信息技術(shù)融合；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0450-9889（2024）29-0106-05

《教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》明確提出，要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。對(duì)于因受時(shí)空限制而在現(xiàn)實(shí)世界中無法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過程，以及有危險(xiǎn)性、破壞性和對(duì)環(huán)境有危害的實(shí)驗(yàn)，可用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段呈現(xiàn)［1］。在信息時(shí)代的迅猛浪潮中，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式已成為教學(xué)革新的必由之路。新課程改革自實(shí)施以來，課堂教學(xué)的焦點(diǎn)正悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變，由以教師“教”為中心，逐步過渡到以學(xué)生“學(xué)”為核心，這一變革凸顯了教師及時(shí)獲取學(xué)生反饋信息的重要性。調(diào)研結(jié)果顯示，傳統(tǒng)課堂教學(xué)在收集學(xué)生反饋信息時(shí)，往往依賴于師生間的直接對(duì)話，這種方式雖直接卻存在明顯局限：忽視了學(xué)生間的個(gè)體差異，覆蓋面窄，不能迅速而精確地評(píng)估學(xué)生對(duì)特定知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。盡管部分前沿學(xué)校已通過引入平板電腦構(gòu)建智慧課堂，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)的即時(shí)收集與分析，但高昂的硬件門檻及后續(xù)的維護(hù)管理成本，成為阻礙其普及的“攔路虎”，使得眾多學(xué)校對(duì)此只能遠(yuǎn)觀而不敢輕易嘗試。正是在此背景下，Plickers軟件應(yīng)運(yùn)而生，它以創(chuàng)新的方式有效破解了上述難題。Plickers不僅能夠低成本、高效率地收集學(xué)生的課堂反饋，還能確保反饋的廣泛性和準(zhǔn)確性，從而幫助教師更精準(zhǔn)地把握學(xué)情，調(diào)整教學(xué)策略，真正實(shí)現(xiàn)因材施教，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量與效率雙重提高。本研究以“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”為教學(xué)范例，巧妙使用希沃投屏的直觀教學(xué)展示、NOBOOK實(shí)驗(yàn)的虛擬操作體驗(yàn)以及Plickers卡片的即時(shí)互動(dòng)反饋等多重技術(shù)手段，深度挖掘并實(shí)踐化學(xué)教學(xué)中多種新興教育工具的整合應(yīng)用之道。

一、研究背景分析

（一）課標(biāo)分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）鼓勵(lì)教師運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，強(qiáng)化信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的深度融合，注重發(fā)揮信息技術(shù)在學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的工具價(jià)值，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的深度融合，合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，但不能完全替代真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)［2］。將高中化學(xué)教學(xué)與信息技術(shù)深度融合，設(shè)計(jì)貼近實(shí)際生活的情境、設(shè)置富有挑戰(zhàn)性的問題，營造一個(gè)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索、促進(jìn)多向互動(dòng)與合作交流的學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅有助于深化學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，還在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維與高階能力。

（二）希沃白板應(yīng)用分析

希沃一體機(jī)的誕生，是在電子白板基礎(chǔ)上的一次重大飛躍，它巧妙地融合了智能手機(jī)開展互動(dòng)，將智能手機(jī)的便捷性帶入課堂教學(xué)，極大地提高了教學(xué)便捷性、師生互動(dòng)性和課堂效率。希沃軟件體系分為備課與授課兩大模塊：備課階段，教師只需在個(gè)人電腦安裝希沃5軟件并登錄賬號(hào)，即可輕松導(dǎo)入并編輯課件；授課時(shí)，教師提前在手機(jī)端下載希沃白板5App，并確保一體機(jī)與手機(jī)同時(shí)連接同一網(wǎng)絡(luò)，即可一鍵啟動(dòng)授課模式，使用“拍照上傳”“手機(jī)投屏”等功能。這些功能不僅允許即時(shí)拍攝并上傳圖片至一體機(jī)展示，還支持對(duì)圖片內(nèi)容直接批注，極大地豐富了教學(xué)手段。特別是“手機(jī)投屏”功能，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)屏幕與一體機(jī)屏幕的即時(shí)同步，讓演示更加直觀靈活，有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)方式中需預(yù)先準(zhǔn)備圖片素材的煩瑣。此外，希沃一體機(jī)的白板授課模式還集成了“班級(jí)優(yōu)化大師”這一課堂管理工具，允許教師導(dǎo)入學(xué)生名單，并在課堂提問時(shí)采用隨機(jī)抽取的方式增加趣味性，同時(shí)結(jié)合點(diǎn)贊、紅花、評(píng)語等多種在線及量化評(píng)價(jià)方式，營造出既緊張又充滿樂趣的學(xué)習(xí)氛圍，極大地促進(jìn)了師生關(guān)系和諧發(fā)展，提高學(xué)生的課堂參與度。

（三）NOBOOK實(shí)驗(yàn)應(yīng)用分析

虛擬實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化開辟了一條道路，也帶來了一種新的教學(xué)體驗(yàn)［3］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是通過現(xiàn)代教育技術(shù)（多媒體、計(jì)算機(jī)、傳感器）而建立的一種新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它允許實(shí)驗(yàn)者借助實(shí)驗(yàn)器材在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬真實(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程［4］。此過程中，實(shí)驗(yàn)者能夠觀察到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)無異的現(xiàn)象，有效達(dá)成教學(xué)目的。NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室作為北京樂步教育科技有限公司開發(fā)的一款實(shí)驗(yàn)軟件，已成功進(jìn)駐希沃白板，在使用時(shí)僅需登錄希沃白板5軟件，即可在“學(xué)科工具”中找到“NB實(shí)驗(yàn)”，選擇相應(yīng)的教材與學(xué)段，并插入所需實(shí)驗(yàn)，即可輕松開展虛擬實(shí)驗(yàn)。操作簡(jiǎn)單，部分實(shí)驗(yàn)不需會(huì)員，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象真實(shí)生動(dòng)；即便是涉及有毒物質(zhì)、可能產(chǎn)生污染或是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求極為苛刻的實(shí)驗(yàn)，也能在虛擬環(huán)境中安全、順暢地進(jìn)行操作與演示。

（四）Plickers軟件應(yīng)用分析

Plickers是一款免費(fèi)的課堂即時(shí)評(píng)價(jià)軟件，Plickers官方網(wǎng)站上有40張不同編碼的圖片，目前僅適用于少于40人班額，題型僅針對(duì)單項(xiàng)選擇題。在課堂互動(dòng)教學(xué)中，教師只需借助一部智能手機(jī)與預(yù)先分發(fā)、帶有唯一識(shí)別碼的Plickers卡片即可簡(jiǎn)化選擇題反饋流程。每名學(xué)生手持一張卡片，每張卡片上設(shè)有唯一的序號(hào)，并在四邊分別清晰標(biāo)注了A、B、C、D四個(gè)選項(xiàng)。在進(jìn)行選擇題作答時(shí)，學(xué)生僅需將代表正確答案的一側(cè)正面朝向教師展示，教師通過智能手機(jī)掃描即可掌握每名學(xué)生的答案詳情及選項(xiàng)分布。此外，每名學(xué)生專屬的Plickers答案卡為他們營造了一個(gè)安全的答題環(huán)境，對(duì)于性格內(nèi)向的學(xué)生而言，這一機(jī)制減輕了學(xué)生回答錯(cuò)誤時(shí)的心理負(fù)擔(dān)，有效保護(hù)了他們的自尊心和自信心。通過Plickers軟件構(gòu)建的即時(shí)問答系統(tǒng)，極大地鼓舞了學(xué)生參與課堂討論的熱情，促進(jìn)了師生之間的積極互動(dòng)。教師能夠基于軟件提供的即時(shí)反饋數(shù)據(jù)，靈活調(diào)整教學(xué)策略，從而更加精準(zhǔn)地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力與問題解決能力［5］。Plickers軟件的使用是兼容并包的，希沃同屏和Plickers軟件結(jié)合可以快速地在多媒體上展示統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從而給師生帶來直觀的、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)觀察體驗(yàn)，讓教學(xué)變得更加高效［6］。

二、多種信息技術(shù)手段與高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合實(shí)例

“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”作為教材中第一個(gè)呈現(xiàn)的氣體制備實(shí)驗(yàn)，不僅發(fā)揮著教授制備技能的作用，更關(guān)鍵的是，它為學(xué)生搭建了一個(gè)理解和設(shè)計(jì)氣體制備裝置的基本框架，為后續(xù)探索陌生物質(zhì)制備方法奠定了思維基礎(chǔ)，彰顯了對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的深度培育。為了優(yōu)化教學(xué)過程，提高課堂效率，筆者對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了精心整合與創(chuàng)新。具體而言，筆者將“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”章節(jié)與“實(shí)驗(yàn)室中制取氣體裝置的設(shè)計(jì)”方法導(dǎo)引有機(jī)結(jié)合，以舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣制備的歷史背景為起點(diǎn)，通過分析制備原理與裝置特征，引導(dǎo)學(xué)生逐步構(gòu)建起實(shí)驗(yàn)室制備氣體的通用模型。此外，為了增強(qiáng)學(xué)習(xí)的情境性和實(shí)踐性，筆者還巧妙融入了生活中的氧化還原反應(yīng)與離子反應(yīng)實(shí)例，通過開篇的視頻導(dǎo)入，探討日常生活中氯氣的制備途徑，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中探究含氯元素物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化規(guī)律。這一教學(xué)設(shè)計(jì)不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深入理解與應(yīng)用，還著重培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)推理能力、模型認(rèn)知能力、科學(xué)探究精神以及社會(huì)責(zé)任感等，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授與素養(yǎng)提升的雙重目標(biāo)。

（一）教學(xué)流程

本課例“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”，基于多種教學(xué)技術(shù)與化學(xué)教學(xué)深度融合這一理念，考慮氯氣的毒性，用虛擬實(shí)驗(yàn)代替課本實(shí)驗(yàn)，用84消毒液、潔廁靈等試劑和調(diào)味盒、注射器等實(shí)驗(yàn)器材，小組合作開展微型實(shí)驗(yàn)，重組生活知識(shí)和教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)符合學(xué)生水平的認(rèn)知鏈，難度逐級(jí)增大。最后利用Plickers軟件對(duì)學(xué)生進(jìn)行課堂檢測(cè)，學(xué)生舉卡片，教師通過一鍵掃描實(shí)現(xiàn)全員即時(shí)互動(dòng)，從而確保習(xí)題講評(píng)更加精準(zhǔn)高效。將化學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活緊密相連，充分展現(xiàn)學(xué)科魅力，開展以小組合作探究為主的物質(zhì)制備及檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜化學(xué)問題的能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和好奇心，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。具體教學(xué)流程如圖1所示。

（二）教學(xué)片段

片段1：希沃白板同屏——明確氯氣的制備原理

師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本，找出實(shí)驗(yàn)室制氯氣的藥品和原理。

生：MnO2和濃鹽酸。

師：反應(yīng)的方程式為MnO2+4HCl（濃）[Δ]MnCl2+Cl2↑+2H2O。

師：（追問）從氧化還原的角度分析MnO2和濃鹽酸的作用。

生：MnO2是氧化劑，濃鹽酸是還原劑。

師：將化學(xué)方程式改寫成離子方程式。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生書寫離子方程式MnO2+4H++2Cl-=Mn2++Cl2↑+2H2O。

教師活動(dòng)：教師利用希沃白板投屏展示學(xué)生答案。

【設(shè)計(jì)意圖】從氧化還原角度剖析反應(yīng)物的作用，提高學(xué)生的分析推理能力。宏微結(jié)合，使學(xué)生深刻理解反應(yīng)本質(zhì)。

片段2：開展虛擬實(shí)驗(yàn)——氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法

師：由于氯氣有毒，下面我們一起走進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室體會(huì)氯氣的制備。

教師活動(dòng)：教師點(diǎn)擊希沃學(xué)科工具中的“NB實(shí)驗(yàn)室”，找到氯氣的制備實(shí)驗(yàn)，展示實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2所示）。

師：這是已經(jīng)檢查了氣密性的制備裝置。接著添加藥品，向圓底燒瓶中加入MnO2固體。如何添加固體？

生：在添加固體時(shí)，圓底燒瓶先橫放；用藥匙加MnO2，伸入橫放的圓底燒瓶，緩慢直立圓底燒瓶。

教師活動(dòng)：教師操作打開分液漏斗活塞，倒入濃鹽酸，同時(shí)往燒杯中倒入NaOH溶液；點(diǎn)燃酒精燈。

學(xué)生活動(dòng)：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)集氣瓶充滿黃綠色氣體（如圖3所示）。

【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)施虛擬實(shí)驗(yàn)，無安全隱患，培養(yǎng)了學(xué)生的正確實(shí)驗(yàn)觀念，彌補(bǔ)了在課堂上不能制備氯氣的缺憾；重溫氯氣的制備之路，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。虛擬實(shí)驗(yàn)成功地吸引了學(xué)生的注意力，減輕了傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)負(fù)擔(dān)，使得化學(xué)課堂變得更加智能化，更重要的是，它實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)學(xué)習(xí)模式到充滿趣味、生動(dòng)互動(dòng)的生成性課堂的轉(zhuǎn)變，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與課堂參與度。

片段3：運(yùn)用Plickers卡片反饋教學(xué)效果

前期準(zhǔn)備：教師在Plickers電腦端注冊(cè)賬號(hào)，打印卡片，創(chuàng)建題目及答案，在手機(jī)中下載Plickers軟件。

過渡語：同學(xué)們對(duì)知識(shí)的掌握情況如何？我們通過習(xí)題檢測(cè)一下吧。

1.氯氣是制備含氯化合物的重要原料。下列有關(guān)氯氣的實(shí)驗(yàn)裝置或操作能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖牵? ）。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考后舉起手中的卡片作答。

教師活動(dòng)：教師打開手機(jī)，點(diǎn)擊Plickers軟件中的“PLAY NOW”按鈕，得出學(xué)生作答情況后，利用希沃白板展示統(tǒng)計(jì)結(jié)果（如圖5、圖6所示）。

說明：教師發(fā)放28張卡片，掃描卡片26張，綠色圓點(diǎn)代表回答正確的學(xué)生，紅色圓點(diǎn)代表選錯(cuò)的學(xué)生，灰色代表沒掃描出來的卡片；被掃描出來的學(xué)生正確率是65%。

師：5名同學(xué)選擇D，請(qǐng)卡片3號(hào)的同學(xué)告訴他們?yōu)槭裁碊錯(cuò)誤。

生：氯水具有漂白性，會(huì)將試紙漂白成白色。

教師活動(dòng)：教師展示練習(xí)2。

2.某同學(xué)用下列裝置進(jìn)行有關(guān)Cl2的實(shí)驗(yàn)，下列說法不正確的是（" ）。

A．Ⅰ圖用于證明氯氣本身有漂白作用

B．Ⅱ圖為聞Cl2氣味的常用方法

C．Ⅲ圖中，安靜地燃燒，發(fā)出蒼白色的火焰，產(chǎn)生白霧

D．Ⅳ圖中，若氣球體積膨脹，證明Cl2可與NaOH反應(yīng)

說明：發(fā)放28張卡片，掃描卡片23張，其中選擇A答案的學(xué)生有12人，選擇B答案的有卡片20和卡片29；被掃描出來的學(xué)生正確率是65%。

【設(shè)計(jì)意圖】Plickers卡片增加了學(xué)習(xí)的樂趣，激勵(lì)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)。師生可以直觀看到作答情況，使得后續(xù)的講評(píng)與學(xué)習(xí)更有針對(duì)性。兩次檢測(cè)，由于分發(fā)卡片時(shí)學(xué)生較為激動(dòng)，有些學(xué)生多拿卡片，掃描時(shí)有些學(xué)生的卡片被遮擋，教師下次使用該軟件時(shí)需要規(guī)避這些問題。

三、教學(xué)實(shí)施效果及感悟

教學(xué)時(shí)利用NOBOOK實(shí)驗(yàn)?zāi)M氯氣的制備，學(xué)生興趣濃厚，參與度高。不過在檢查裝置氣密性時(shí)，易出現(xiàn)溶液倒吸、試管炸裂等問題。習(xí)題檢測(cè)階段使用Plickers軟件時(shí)，學(xué)生新鮮感強(qiáng)、情緒高漲，容易出現(xiàn)卡片被遮擋的現(xiàn)象，教師要尤其注意確保每一名學(xué)生的卡片都被識(shí)別。另外，Plickers軟件目前僅能用于單項(xiàng)選擇題，尚不支持多選題和主觀題的解答。若能突破這一局限，Plickers軟件將能在教育教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更加全面和深入的作用。通過課后與學(xué)生的交談了解到，學(xué)生對(duì)NOBOOK實(shí)驗(yàn)與Plickers兩大軟件助力完成氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法這一課時(shí)的學(xué)習(xí)給予高度評(píng)價(jià)。但需要特別指出的是，教育新工具的使用一定要服務(wù)于教學(xué)，不能忽視知識(shí)內(nèi)容所承載的發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)功能與價(jià)值，只有信息技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相融合，才能更好地發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

從此次教學(xué)實(shí)踐來看，將NOBOOK實(shí)驗(yàn)的虛擬操作體驗(yàn)以及Plickers卡片用于高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚有可優(yōu)化空間，首先，為順應(yīng)學(xué)生個(gè)性化成長的需求，教師可充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)施“定制化教學(xué)”，如利用Plickers等工具于課前高效診斷學(xué)情，分發(fā)學(xué)生專屬卡片，通過大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)評(píng)估學(xué)生的困惑點(diǎn)，從標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)設(shè)到個(gè)性化定制學(xué)習(xí)內(nèi)容，滿足學(xué)生的多元學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)創(chuàng)造了可能［7］。其次，引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)至化學(xué)教學(xué)中，能夠讓學(xué)生身臨其境地體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，這不僅增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的直觀性和趣味性，還深刻展現(xiàn)了化學(xué)的無限魅力。可見，在化學(xué)教學(xué)中合理運(yùn)用信息技術(shù)，是高效融合教學(xué)模式的重要途徑。掌握信息技術(shù)與課程整合理論，將智能技術(shù)與教學(xué)深度融合，可以幫助教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，打造虛實(shí)融合的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供更具吸引力和互動(dòng)性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而更加有效地激發(fā)學(xué)生的化學(xué)思維，使學(xué)生構(gòu)建全面而深刻的化學(xué)知識(shí)體系，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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注：本文系玉林市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2024年度立項(xiàng)課題“核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中化學(xué)大單元學(xué)歷案實(shí)踐研究”（2024B241）的研究成果。

（責(zé)編 劉小瑗）