一、手持技术数字化实验与化学教学的深度融合：TQVC概念认知模型 （一）理论基础 基于手持技术的TQVC概念认知模型，以认知—建构主义学习理论为基础。认知—建构主义学习理论认为，学习是意义建构的过程[1-2]，是通过新旧经验的相互作用而形成、丰富和调整自己认知结构的过程，新经验要获得意义需要以原来的经验为基础，从而融入原来的经验结构中。同时，新经验的进入，又会使原有的经验发生一定改变，使它得到丰富、调整或改造[3-4]。 学习材料的内在本质特征以及材料的组织和呈现方式，可以影响到学习者的学习效果，当学生接触某一新概念时，认知结构中已有哪些先备知识，这些先备知识如何与新概念建立起实质性的、非人为的联系，将是学生科学建构新概念的关键[5-6]。手持技术在学生建构抽象化学概念过程中，可以充分发挥“认知脚手架”的作用，帮助学生建立起陌生概念与熟悉概念间的实质知识关联，科学建构抽象的化学概念。 （二）建构过程 1.建立化学概念与手持技术实验的实质关联 化学概念的科学学习，依赖于实验中获得的感性知识，从感性知识中抽取共同特点加以概括则得概念[7]。任何一个化学概念都可以设计成实验进行教学，而任何一个实验都必须包括两个要素：可操作的实验对象（物质）和可观测的实验变量（属性），因此，借助手持技术实验帮助学生建构某一目标概念时，首先需确定与这一概念相关联的可操作的具体物质和可测量的具体属性。 学生在学习目标概念时，认知结构中已存在大量的与之相关的日常生活经验和已习得的科学知识，如果目标概念可以与认知结构中的已有知识建立起实质关联，则概念的科学建构更易于完成，因此，目标概念的关联物质与关联属性，最好从学生的认知结构中寻找。另一方面，手持技术实验系统包括多种与某一属性对应的属性传感器，可测量的科学数据有温度、pH、电流、电压、光强度、力、气压、溶解氧、电导率、二氧化碳浓度、色度等，因此，目标概念的关联属性，须是可以通过手持技术某一属性传感器，直接测量的物理量或化学量。 2.分析手持技术环境下的概念认知过程 手持技术数据采集器，可同时与多个传感器连接，采集多种物质或环境的某种属性。教师在设计手持技术实验时，可选取与目标概念关联的若干种具体物质作为实验对象，并精确测量、直观呈现、综合比较这几种具体物质所表现出来的目标概念的关联属性，将目标概念的本质内涵展现在学生面前，帮助学生在现有认知发展水平上，亲身体验概念的生成过程，实现陌生概念的科学建构。我们通过对已有研究案例的分析发现，手持技术环境下的概念认知过程主要包括： （1）转化（Transformation）。学生在教师的科学引导下，从目标概念出发，用适当的方式表征目标概念与认知结构中已有知识间的联系，将陌生的抽象概念逐步转化为熟悉的概念关联属性，转化后的关联属性，可通过手持技术的某一传感器直接测量。 （2）量化感知（Quantitative Perception）。利用手持技术实验实时、精确地测量由目标概念转化而来的关联属性，让学生在定量思维中量化感知目标概念的属性变化，构建起使新旧知识发生联系的桥梁，降低对新概念学习的陌生感。 （3）视觉感知（Visual Perception）。抽象知识的科学学习离不开感性材料的支持，手持技术及其配套软件所绘制的属性曲线图像，具有直观性、可视性，可以为学生建构抽象的目标概念，提供强有力的感性支撑，并在学生头脑中生成可操作的曲线表象[8]，有助于克服概念学习中的认知难点。 （4）比较（Compare）。学生根据已有的知识背景比较多条曲线，并对曲线所负载的信息进行深入的分析、解释以及推理，最终将新旧知识建立起实质性的、非人为的联系，实现陌生抽象概念的科学感知与建构。 通过对以上四个认知过程进行整合，我们建构基于手持技术的TQVC概念认知模型，即转化（Transformation）—量化感知（Quantitative Perception）—视觉感知（Visual Perception）—比较（Compare）概念认知模型。 （三）模型内涵 TQVC概念认知模型是以认知-建构主义学习理论为理论基础，以手持技术为技术支持，学习者将目标概念的关键内涵，转化为认知结构中已有的概念关联属性，再量化感知由手持技术某种属性传感器同步测得的多种目标概念关联物质的属性数据，并进一步视觉感知直观的属性曲线，在比较参照思维中，科学建构抽象的概念。模型内容如图1所示。
二、TQVC概念认知模型在化学教学中的应用 我们选取高中微观化学概念“分子间作用力”为例，详细说明基于手持技术的TQVC概念认知模型，如何应用于教学实践。案例中采用的手持技术是指由数据采集器、4个相同型号的接触式温度传感器（0-110℃）及配套软件组成，并能与计算机连接的实验技术系统。该系统通过温度传感器探头与待测物质直接接触，能实时定量地测量待测物质的温度及其变化，并在电脑屏幕上为学生呈现直观可视的温度曲线图像。
