楊萍

科技是人類進(jìn)步的重要推動(dòng)力。近年，隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的學(xué)校引進(jìn)手持技術(shù)設(shè)備，手持技術(shù)作為新常態(tài)進(jìn)入中學(xué)課堂。手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中通常以研究性學(xué)習(xí)、開發(fā)新實(shí)驗(yàn)以及改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為主，給化學(xué)教師的教研提供了新的方法和思路，也讓學(xué)生的動(dòng)手操作能力得到了鍛煉，還可以提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)和思維品質(zhì)。

近兩年，筆者與備課組教師以開發(fā)手持技術(shù)新實(shí)驗(yàn)、利用手持技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為教研方向，并將教研成果應(yīng)用到化學(xué)研究性學(xué)習(xí)中。在帶領(lǐng)學(xué)生參與研究性學(xué)習(xí)的過程中，既有收獲，也有困惑：如何更好地在研究性學(xué)習(xí)中利用和開發(fā)手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)？就此，筆者談?wù)勗诨瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)中應(yīng)用手持技術(shù)的幾點(diǎn)體會(huì)。

1依據(jù)教材內(nèi)容和研究性學(xué)習(xí)的方向，開發(fā)與生活有關(guān)的實(shí)驗(yàn)

化學(xué)來源于生活，又服務(wù)于生活，化學(xué)就在生活中，生活中處處有化學(xué)?；瘜W(xué)與生活的關(guān)系是相互依存的：化學(xué)離不開生活，生活也離不開化學(xué)。在采用手持技術(shù)為主的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，定量實(shí)驗(yàn)相對很成熟。比如：酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)、氧化還原滴定實(shí)驗(yàn)，可以控制滴定速度，在電腦上顯示數(shù)據(jù)，克服了肉眼觀察的誤差。中學(xué)課本中，采用手持技術(shù)的定性實(shí)驗(yàn)相對不成熟。因此，開發(fā)定性實(shí)驗(yàn)是手持技術(shù)發(fā)展的前景和方向。

電池是現(xiàn)代生活中時(shí)時(shí)刻刻都會(huì)用到的化學(xué)科技產(chǎn)品。手機(jī)中的鋰電池、可充電電池，汽車中的鉛蓄電池、手表中的氧化銀紐扣電池、電腦中的拆卸式兩用電池，可以說在現(xiàn)代生活中，一刻也離不開電池。電池，是新型的能源，開發(fā)沒有污染的高效電池，是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然。由此，筆者在2016年春季的研究性學(xué)習(xí)中，經(jīng)過認(rèn)真思考，聯(lián)系現(xiàn)代生活的實(shí)際情況和本校已有的手持技術(shù)傳感器，與學(xué)生討論后確定選題——開發(fā)新型原電池，并約定在此基礎(chǔ)上，再開發(fā)出其他原電池的研究性學(xué)習(xí)。選擇這個(gè)課題最主要的原因是：目前市場上的電池大多含有汞、鉛等重金屬，這些重金屬對土壤和人體的危害較大。開發(fā)新型電池，是科技工作者的科研方向之一。作為中學(xué)生，在研究性學(xué)習(xí)中，最重要的是學(xué)習(xí)科技探究的方法，科技探究的成果不一定出彩，讓學(xué)生有科技探究的過程體驗(yàn)是開展研究性學(xué)習(xí)的目的之一。

首先，筆者開發(fā)的原電池實(shí)驗(yàn)，以產(chǎn)生的電流大小判斷原電池產(chǎn)生的電流，并且顯示出電流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的電流很小，用電流表幾乎測不出來，且安裝的二極管或者小燈泡的顯示效果也不好。而采用了電流傳感器，電流數(shù)據(jù)直接顯示在電腦上，并且以圖像的形式表現(xiàn)出來，效果直觀。

其次，受原電池容易產(chǎn)生污染物的影響，學(xué)生決定采用“手持技術(shù)設(shè)備”開發(fā)水果電池。為了開發(fā)有意義的水果電池，學(xué)生查找資料，首先測出常見水果的電解質(zhì)濃度與pH值的關(guān)系，然后根據(jù)水果的pH值，測出水果電池產(chǎn)生的電流（電量）大小與水果的品種、水果的溫度（手持技術(shù)可以給水果加熱）、水果實(shí)體或果汁之間的關(guān)系。

最后，通過學(xué)生1個(gè)月的努力探究，得出的結(jié)論雖然不能應(yīng)用到實(shí)際生活中，但是給現(xiàn)代電池業(yè)的發(fā)展提供了一些科學(xué)數(shù)據(jù)。師生在此次研究性學(xué)習(xí)中，最大的收獲是體會(huì)到了科學(xué)探究的過程之美，科學(xué)探究帶給了師生心靈的震撼，讓師生對自然科學(xué)探究的興趣更加濃厚。

2依據(jù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要數(shù)據(jù)開發(fā)研究性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，傳感器的種類越來越多，也越來越精密。如今，不僅有測量物質(zhì)物理性質(zhì)的傳感器，也開發(fā)出了一些常見化學(xué)物質(zhì)的傳感器。例如，H2傳感器可以用于測定電解水產(chǎn)生的氫氣，在固定容器中測定氫氣的ppm濃度。最后，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，ppm濃度變化是一條能夠在縱坐標(biāo)上讀出數(shù)據(jù)的曲線，從而測得氫氣的生成量。通過軟件處理器中的斜率或者導(dǎo)數(shù)等數(shù)據(jù)處理，得出所需分析處理圖像的具體函數(shù)值，進(jìn)而得出H2在不同時(shí)段的反應(yīng)速率。其實(shí)，這類實(shí)驗(yàn)探究在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的意義不大，它真正的意義在于尋找開發(fā)氫氣最佳的方法，為人類日益枯竭的能源和資源尋找最佳代替品。由此，開發(fā)氫能源是現(xiàn)代很多科研機(jī)構(gòu)的科研方向。筆者帶領(lǐng)學(xué)生探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究方法，分析數(shù)據(jù)規(guī)律，從而得出結(jié)論，讓學(xué)生為以后更深層次的科研打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為此，依據(jù)我校的探究儀器和實(shí)驗(yàn)條件，筆者開發(fā)了水質(zhì)測量的研究性學(xué)習(xí)。

我校有SO2、CO2、O2、NH3等氣體的傳感器，O2傳感器分為2種，一種為溶解氧傳感器，另一種為氧氣氣體傳感器，還有Na+傳感器等常見金屬離子傳感器，pH值傳感器和電導(dǎo)率傳感器。為了充分利用我校已有的傳感器，探究我校的水質(zhì)，筆者帶領(lǐng)學(xué)生做了探究我校水質(zhì)的研究性學(xué)習(xí)。測量我校不同地方的水中的溶解氧、pH值、電導(dǎo)率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

3合理地應(yīng)用手持技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，從學(xué)習(xí)生活和社會(huì)生活中選擇并確定研究專題，通過模擬化學(xué)學(xué)科研究的方式去獲取化學(xué)信息，應(yīng)用化學(xué)知識和技能，分析其因果聯(lián)系，并提出解決化學(xué)問題的方法與建議。課外實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)更多地是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐過程，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的欲望和創(chuàng)新精神，著力于給學(xué)生終身受用的知識和能力，而不是要求學(xué)生一定要得出探究結(jié)果。探究活動(dòng)課題需要中學(xué)生以知識背景為出發(fā)點(diǎn)，使其動(dòng)手能力、思維方式等方面都有進(jìn)步和提升。

化學(xué)科學(xué)與日常生活密切相關(guān)，如生活中常見的塑料、燃料、生活垃圾的處理，自來水的供應(yīng)等都和學(xué)生的生活相關(guān)。從這方面中研究選題，不但有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以提升學(xué)生的綜合能力。因此，開展化學(xué)課外實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)是可行的，也是必要的。從生活中開始學(xué)習(xí)化學(xué)，把化學(xué)帶進(jìn)生活，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)其實(shí)就在身邊。讓學(xué)生做一個(gè)在生活中求知，在探究中學(xué)習(xí)知識的人。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，讓定性實(shí)驗(yàn)定量化，充分利用資源是重要的探究目標(biāo)。此外，正當(dāng)、合理地應(yīng)用資源，提高資源的利用率，減少實(shí)驗(yàn)廢物的產(chǎn)生是另一個(gè)目標(biāo)。由此，2016年秋，筆者再次帶領(lǐng)學(xué)生開展了水果電池的研究性學(xué)習(xí)。水果電池的開發(fā)和利用，就是為了改進(jìn)先前的實(shí)驗(yàn)探究，達(dá)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化和零排放的目的。

當(dāng)然，不是所有的實(shí)驗(yàn)都有必要改進(jìn)成以手持技術(shù)為主的探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而將定性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為定量實(shí)驗(yàn)以增加反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和減少生成物的排放量。比如O2的實(shí)驗(yàn)室制取實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)最主要的目的是盡可能制取最大量的氧氣，而不是測定O2的反應(yīng)速率，因而不必花大量的時(shí)間和精力去改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的3種方法，是非常成熟的方法，是初中化學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，再次應(yīng)用手持技術(shù)的價(jià)值反而不大。

4充分利用傳感器的顯示功能，讓戶外科學(xué)探究更加方便

相對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合信息技術(shù)的手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)有自身優(yōu)點(diǎn)，筆者簡要說明以下幾點(diǎn)。

（1）實(shí)時(shí)的監(jiān)控反應(yīng)過程中各種物理量的變化數(shù)值?？朔藗鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能顯示反應(yīng)過程中產(chǎn)生具體數(shù)據(jù)的不足，增加了科學(xué)探究的說服力和可信度。

（2）無線顯示模塊的正確、合理使用，解決了只能在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的弊端，為戶外科學(xué)探究提供便利。