在“雙減”政策與新課標(biāo)背景下，初中科學(xué)教育正從“知識灌輸”向“實踐育人”轉(zhuǎn)型。手持技術(shù)實驗（Handheld Technology-Based Experiment）憑借其便攜性、實時性、可視化的特點，成為破解傳統(tǒng)實驗“重演示輕探究”“重結(jié)果輕過程”難題的關(guān)鍵工具。本文結(jié)合教學(xué)實踐案例，探討手持技術(shù)如何賦能初中科學(xué)課堂，實現(xiàn)“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”的育人目標(biāo)。

一、手持技術(shù)：重構(gòu)科學(xué)課堂的“數(shù)字杠桿”

手持技術(shù)實驗以傳感器、數(shù)據(jù)采集器和智能終端為核心，可實時測量溫度、pH、溶解氧、加速度等20余類物理量，并通過圖表、曲線等形式動態(tài)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化。其核心價值體現(xiàn)在三大突破：

1. 突破時空限制，讓“不可見”變“可感知”
   傳統(tǒng)實驗中，學(xué)生難以觀察微觀反應(yīng)（如酸堿中和的pH突變）或瞬態(tài)現(xiàn)象（如自由落體加速度）。手持技術(shù)通過高精度傳感器（如威尼爾pH傳感器精度達(dá)±0.01）和毫秒級采樣率，將抽象概念轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)據(jù)。例如，在“探究氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)”實驗中，學(xué)生可實時觀察pH曲線從13驟降至2的過程，直觀理解“突變點”含義，較傳統(tǒng)滴定實驗效率提升3倍。

2. 突破單一學(xué)科邊界，催生跨學(xué)科探究
   手持技術(shù)實驗天然具備“理化生地”融合屬性。例如，在“校園生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測”項目中，學(xué)生使用溫濕度傳感器、光照傳感器和土壤水分傳感器，同步采集環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合生物課學(xué)習(xí)的“光合作用條件”和地理課“氣候影響因素”知識，分析植物生長與環(huán)境的關(guān)系。這種跨學(xué)科實踐不僅深化了對知識的理解，更培養(yǎng)了系統(tǒng)思維。

3. 突破“教師主導(dǎo)”模式，激發(fā)自主探究內(nèi)驅(qū)力
   手持技術(shù)的“低門檻、高自由度”特性，使學(xué)生能自主設(shè)計實驗方案。例如，在“摩擦力與運動速度關(guān)系”探究中，學(xué)生利用力傳感器和運動傳感器，通過改變斜面角度、接觸面材質(zhì)等變量，采集500+組數(shù)據(jù)，利用Excel生成散點圖并擬合曲線，最終發(fā)現(xiàn)“靜摩擦力與速度無關(guān)，動摩擦力與速度成負(fù)相關(guān)”的規(guī)律。這一過程完全由學(xué)生主導(dǎo)，教師僅提供技術(shù)指導(dǎo)，真正實現(xiàn)了“從做題到做事”的轉(zhuǎn)變。

二、教學(xué)實踐：三大場景賦能科學(xué)素養(yǎng)提升

場景1：課堂探究——讓核心概念“活”起來

案例：探究“二氧化碳濃度對光合作用的影響”

• 傳統(tǒng)教學(xué)：教師演示金魚藻光合作用實驗，學(xué)生觀察氣泡產(chǎn)生速率，但無法量化二氧化碳濃度與產(chǎn)氧量的關(guān)系。
• 手持技術(shù)改進(jìn)：
  1. 學(xué)生使用二氧化碳傳感器和溶解氧傳感器，同步監(jiān)測密閉容器內(nèi)CO?濃度和O?濃度變化；
  2. 通過改變小蘇打溶液濃度（0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L），采集3組實驗數(shù)據(jù)；
  3. 利用LabQuest 3數(shù)據(jù)采集器生成雙軸曲線圖，直觀對比不同濃度下O?生成速率與CO?消耗速率的關(guān)聯(lián)性。
• 效果：學(xué)生不僅理解了“光合作用需要二氧化碳”的核心概念，更掌握了“控制變量法”和“數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析”的科學(xué)方法，實驗復(fù)現(xiàn)率從65%提升至92%。

場景2：項目式學(xué)習(xí)——讓科學(xué)探究“連”起來

案例：“設(shè)計校園節(jié)能照明系統(tǒng)”

• 項目背景：學(xué)校走廊燈光常因無人經(jīng)過而長時間亮起，造成能源浪費。
• 手持技術(shù)應(yīng)用：
  1. 學(xué)生分組使用光照傳感器和紅外傳感器，監(jiān)測不同時間段（課間、午休、放學(xué)后）走廊的光照強度和人流密度；
  2. 通過Python編程將傳感器數(shù)據(jù)上傳至云端，生成“光照-人流”熱力圖；
  3. 基于數(shù)據(jù)設(shè)計智能照明方案：當(dāng)光照強度<100lux且紅外傳感器檢測到人體移動時，自動開啟燈光，延遲30秒后關(guān)閉。
• 成果：項目成果被學(xué)校采納，實際節(jié)能效果達(dá)40%，學(xué)生更在區(qū)科技節(jié)中獲“創(chuàng)新實踐獎”。這一過程融合了物理（傳感器原理）、信息技術(shù)（編程）、工程（系統(tǒng)設(shè)計）知識，體現(xiàn)了STEM教育理念。

場景3：課外拓展——讓科學(xué)興趣“燃”起來

案例：“家庭水質(zhì)監(jiān)測小衛(wèi)士”

• 活動設(shè)計：
  1. 學(xué)生領(lǐng)取便攜式水質(zhì)檢測套裝（含pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、濁度傳感器）；
  2. 在家中檢測自來水、雨水、河水的水質(zhì)參數(shù)，并記錄一周內(nèi)pH值變化；
  3. 結(jié)合地理課“水循環(huán)”知識，分析雨水pH偏低的原因（如空氣中二氧化碳溶解形成碳酸）；
  4. 通過班級公眾號發(fā)布《家庭水質(zhì)報告》，提出“雨水收集后需中和處理再利用”的建議。
• 反饋：85%的學(xué)生表示“第一次知道雨水是弱酸性的”，60%的家庭開始使用濾水器改善水質(zhì)。該活動將科學(xué)探究延伸至生活場景，培養(yǎng)了“用科學(xué)改善生活”的社會責(zé)任感。

三、創(chuàng)新路徑：從“工具應(yīng)用”到“教育生態(tài)”升級

1. 技術(shù)融合：打造“智能實驗助手”
   將手持技術(shù)與AI、VR結(jié)合，開發(fā)“虛擬實驗+真實操作”混合式學(xué)習(xí)平臺。例如，學(xué)生可通過VR眼鏡觀察分子級反應(yīng)過程，同時用手持傳感器測量宏觀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“微觀-宏觀”跨尺度理解。

2. 課程重構(gòu)：構(gòu)建“主題式”實驗體系
   打破傳統(tǒng)章節(jié)界限，圍繞“能量轉(zhuǎn)化”“物質(zhì)變化”等大概念設(shè)計主題實驗。例如，“能量主題”可整合物理（電能與熱能轉(zhuǎn)換）、化學(xué)（燃燒放熱）、生物（細(xì)胞呼吸）實驗，用手持技術(shù)統(tǒng)一測量溫度變化，幫助學(xué)生建立能量守恒的跨學(xué)科認(rèn)知。

3. 評價改革：從“結(jié)果評價”到“過程賦能”
   利用手持技術(shù)自動記錄實驗操作步驟、數(shù)據(jù)采集頻率和異常值處理方式，生成“科學(xué)探究能力畫像”。例如，系統(tǒng)可分析學(xué)生在“探究斜面機械效率”實驗中是否多次改變斜面角度、是否刪除異常數(shù)據(jù)，評估其“控制變量”和“數(shù)據(jù)批判性”能力。

結(jié)語：手持技術(shù)，點亮科學(xué)啟蒙的“數(shù)字火種”

當(dāng)傳感器代替滴定管，當(dāng)曲線圖替代觀察記錄，當(dāng)云端協(xié)作突破班級邊界，手持技術(shù)實驗正讓初中科學(xué)課堂煥發(fā)新生。它不僅是工具的革新，更是教育理念的升級——從“教科學(xué)”到“做科學(xué)”，從“驗證知識”到“創(chuàng)造知識”，從“個體學(xué)習(xí)”到“協(xié)同創(chuàng)新”。未來，隨著技術(shù)迭代與課程深化，手持技術(shù)必將成為培養(yǎng)“帶得走、用得上”科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵載體，為創(chuàng)新人才成長奠定堅實基礎(chǔ)。