許美金

（莆田第二中學，福建 莆田 351131）

學生發(fā)展核心素養(yǎng)是學生必須具備的最關(guān)鍵、最基本的共同素養(yǎng)，該素養(yǎng)體系的構(gòu)建已然成為我國全面深化教育改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。普通高中化學課程在學生發(fā)展核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的過程中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用［1］。高中化學課程標準修訂組按照教育部課標修訂的要求，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”和“科學態(tài)度與社會責任”等五個要素的高中化學學科核心素養(yǎng)。學生高中化學學科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展離不開正確的化學學習過程和學習方式。

手持技術(shù)是由計算機和微電子技術(shù)相結(jié)合的新型數(shù)字化實驗手段，具有便攜、實時、準確、綜合、直觀等特點，可以隨時隨地進行探究活動，且能將實驗的過程存儲。同時儀器會自動顯示清晰的實驗結(jié)果而無需進行復雜的數(shù)據(jù)處理工作［2］。將手持技術(shù)應用于高中化學實驗教學的教學模式，能轉(zhuǎn)變學生的學習方式，培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)了新一輪基礎教育改革的思想和理念。那么，如何將手持技術(shù)與教材中的實驗結(jié)合起來應用于學生化學學科核心素養(yǎng)的建構(gòu)中呢？與傳統(tǒng)化學課堂相比，運用手持技術(shù)的教學模式又有什么優(yōu)勢？

一、微觀反應宏觀化是建構(gòu)“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的重要保障

“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)要求學生能夠通過觀察一定條件下物質(zhì)所發(fā)生的變化這一宏觀現(xiàn)象，應用已有的知識進行辨識、探析，然后準確地運用符號表征物質(zhì)及其變化等。而手持技術(shù)可以使微觀反應變得真實、直觀。連接實驗裝置及相關(guān)設備，通過計算機顯示屏可以很清楚、準確地看到數(shù)據(jù)變化。計算機能將復雜的數(shù)據(jù)生成圖像，讓實驗結(jié)果一目了然地呈現(xiàn)在學生面前。

比如，蘇教版《化學反應原理》專題1第三單元“金屬的化學腐蝕與防護”，教材中設計的活動與探究“鐵的腐蝕實驗”雖然現(xiàn)象明顯，但是無法反映析氫腐蝕和吸氧腐蝕的整體變化過程，從而未能引導學生從物質(zhì)內(nèi)在的本質(zhì)特點角度進行探究分析，不利于培養(yǎng)學生透過宏觀現(xiàn)象探析微觀本質(zhì)的科學研究思維。引入手持技術(shù)對教材實驗進行改進設計，改變外界條件（強酸性、弱酸性和中性）后利用壓強傳感器將不同酸性條件下的壓強數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在電腦屏幕上。［3］學生可以直觀地觀察到鐵在這三種條件下發(fā)生電化學腐蝕過程中的壓強曲線。教師再引導學生從“宏觀—曲線—微觀—符號”四重角度對實驗過程進行分析，從宏觀與微觀相聯(lián)系的角度運用對比、分析、推理、假設、建立模型等思維方法形成對物質(zhì)內(nèi)在本質(zhì)特點及其變化規(guī)律的認識，從而建構(gòu)起學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養(yǎng)。

二、“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的建構(gòu)離不開實驗數(shù)據(jù)的分析

“變化觀念與平衡思想”要求學生能從內(nèi)因與外因、量變與質(zhì)變等視角較全面地分析物質(zhì)的變化本質(zhì)和規(guī)律。比如，蘇教版《化學反應原理》專題3第一單元“強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”，教材中的活動與探究是將同體積同濃度的醋酸和鹽酸分別與鎂條反應，通過觀察、比較實驗過程中氣球鼓起的情況來分析得出兩者的電離程度。該實驗可以定性地得出結(jié)論，但是會受到一些外在條件因素的影響，結(jié)果不理想。比如，最終兩個氣球大小不一、實驗需要進行一段時間才能觀察到比較明顯的現(xiàn)象等。而引入手持技術(shù)后，通過觀察利用壓強傳感器生成的壓強曲線，實現(xiàn)兩者速率大小的比較，直觀、高效地揭示了物質(zhì)變化的本質(zhì)。

再比如，學習“弱電解質(zhì)的電離平衡”時，利用電導傳感器獲得醋酸稀釋過程中電導率變化曲線，通過觀察曲線特點運用已有知識進行分析、歸納、概括等得出結(jié)論。借助手持技術(shù)使得這一學生難理解、教師難教學的純理論的內(nèi)容形象化、具體化。不僅讓學生充分理解并牢固掌握了所學知識，還讓學生建立起平衡的概念及物質(zhì)會隨條件的改變而不斷變化的觀念，同時還提高了學生讀圖、析圖的能力。

三、“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”需要實驗的支撐

“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)要求學生能根據(jù)所研究物質(zhì)表現(xiàn)出來的性質(zhì)特點和這一過程中該物質(zhì)的變化規(guī)律提出各種可能的假設，然后收集相關(guān)有力證據(jù)并進行分析推理，形成科學的結(jié)論。比如，學習“SO2與氫氧化鈉溶液分步反應”的性質(zhì)時，普通化學實驗只能展現(xiàn)給學生反應的最終結(jié)果而無法將反應的過程體現(xiàn)出來，所以學生只能憑借記憶。而手持技術(shù)可以很好地解決這一問題，該實驗用pH傳感器獲得往氫氧化鈉溶液中通入SO2的過程中pH的變化曲線。學生通過提出假設、結(jié)果預測、分組討論、分析推理等方式對pH曲線的變化進行分析、歸納、總結(jié)得出SO2與氫氧化鈉溶液反應是分步進行的。運用手持技術(shù)將實驗過程展現(xiàn)在學生面前，不僅讓學生在知識與能力層面有所收獲，而且培養(yǎng)了學生通過觀察實驗過程中的一些物理量變化建立起“某些化學反應不是一步完成的”的思維模型，也激起了學生強烈的求知欲望，使學生體驗到化學無窮的魅力。

“科學探究與創(chuàng)新意識”要求學生能夠尊重科學事實但又不完全迷信，能發(fā)現(xiàn)問題并獨立思考，且在此基礎上勇于創(chuàng)新。比如，“鐵粉與新制氯水的反應”學生往往有困惑：與Fe發(fā)生反應的是氯水中的H+還是Cl2還是HClO？實驗中觀察不到明顯氣泡是因為H+濃度太小導致速率慢引起的，還是H+氧化性較弱而沒有發(fā)生反應？這類問題的解決均可以利用手持技術(shù)進行探究。借助pH、電導、溫度等傳感器提供直觀、科學、可信的數(shù)據(jù)進行對比分析，從而揭秘反應的事實和結(jié)論。該實驗教學過程中，先應用理論知識如查閱資料得出Cl2、HClO、H+的氧化性強弱順序，結(jié)合氧化還原反應規(guī)律及反應特點初步對實驗進行預測，提出并優(yōu)化實驗方案，接著進行實驗探究，收集相關(guān)有力證據(jù)進行比對分析，得出令人信服的結(jié)論。此過程培養(yǎng)了學生實事求是、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和獨立思考、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的科學精神。

四、在手持技術(shù)實驗的過程中體現(xiàn)“科學態(tài)度與社會責任”

化學與人類生活息息相關(guān)。“科學態(tài)度與社會責任”素養(yǎng)要求學生經(jīng)常關(guān)注生活中所遇到的與化學有關(guān)的情況，能夠清楚地認識到保護人類生存的自然環(huán)境和合理開發(fā)利用現(xiàn)有有限資源的重要性及發(fā)展新能源的必要性，具備可持續(xù)發(fā)展的意識，形成綠色化學觀念等。引入手持技術(shù)可以減少實驗藥品的使用、防止污染氣體的排放，體現(xiàn)綠色化學的理念。

比如，在做“黑面包”實驗時，將裝有蔗糖（滴入少量水）的燒杯置于裝有NaOH溶液的水槽中，罩上氣罩連接手持技術(shù)的探頭。利用溫度、pH、壓強傳感器對該實驗進行探究。實驗過程中，不僅從觀察到溫度、溶液pH、氣體壓強變化情況的曲線圖分析得出濃硫酸的相關(guān)性質(zhì)，而且可以節(jié)約實驗藥品、及時處理實驗中產(chǎn)生的SO2，從而減少對環(huán)境的污染。在平時的教學中潛移默化地影響著學生，使其樹立起愛護環(huán)境的思想，養(yǎng)成時時刻刻關(guān)愛自然環(huán)境的良好習慣。另外，實驗中溫度曲線的生成可以讓全部學生都感受該實驗的溫度變化情況，實現(xiàn)全員參與，還能防止學生因觸摸感受溫度變化而可能造成的燙傷，同時進一步培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)，可謂一舉多得。

［1］顧寧.高中化學探究式教學模式的探索與實踐［D］.大連：遼寧師范大學,2007.

［2］錢揚義,杜永鋒,李佳,等.掌上實驗室(Lab in Hand)的特點及其功能［J］.電化教育研究,2003(10).

［3］林建芬,錢揚義.運用數(shù)字化手持技術(shù)對金屬電化學腐蝕探究實驗的改進［J］.中學化學教學參考,2015(1-2).