黃彩軍

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)+教育的不斷融合，信息化教學(xué)也得到了快速發(fā)展。作為一種新型的教學(xué)方式，數(shù)字化手持技術(shù)實驗因其具有便捷性、準確性及直觀性等特點而深受廣大化學(xué)教師的重視與青睞，它不僅激發(fā)了學(xué)生主動參與實驗教學(xué)活動的熱情，而且促進了學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生解決問題的能力。基于此，本文探究了數(shù)字化手持技術(shù)實驗在高中化學(xué)實驗中的應(yīng)用價值及其方法，旨在為精準教學(xué)、提高課堂教學(xué)實效提供保證，同時促進學(xué)生必備能力的形成和素養(yǎng)的發(fā)展，進一步提升教師專業(yè)水平。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);實驗教學(xué);數(shù)字化手持技術(shù);應(yīng)用途徑

2017年頒布的《普通高中化學(xué)課程標準》明確指出，教師要立足化學(xué)實驗特點及學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)等情況，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，積極營造寬松、和諧的實驗教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生提供微型實驗、定量實驗、數(shù)字化實驗等實踐活動的機會與平臺，優(yōu)化有助于學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)提升的多樣化教學(xué)方式，健全教學(xué)三維目標，更加直觀地呈現(xiàn)反應(yīng)原理，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而實現(xiàn)將復(fù)雜的問題簡單化，將抽象的問題形象化等目的，引導(dǎo)學(xué)生進一步樹立科學(xué)的實驗態(tài)度，形成嚴謹?shù)膶嶒灧桨讣扒笳鎰?wù)實的實驗習(xí)慣，讓學(xué)生明確實驗在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要性，彰顯學(xué)生的主體地位，切實培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力及實踐操作能力。

一、數(shù)字化手持技術(shù)實驗在高中化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用價值

在新課改的不斷推進下，傳統(tǒng)高中化學(xué)教學(xué)模式已經(jīng)難以滿足學(xué)生發(fā)展需要。雖然大部分學(xué)校教學(xué)條件已逐步完善并建立了手持技術(shù)實驗室，但在計算機實驗、實踐教學(xué)、科研過程、手持技術(shù)、信息采集、具體操作之間難以進行有效配合，導(dǎo)致未能凸顯手持技術(shù)的優(yōu)勢，尤其在實驗演示方面，還存在著盲目性指導(dǎo)等現(xiàn)象。在一定程度上，手持技術(shù)實驗的案例難以突出教學(xué)價值，信息技術(shù)應(yīng)用水平仍然不高。因此，教師要充分挖掘數(shù)字化手持技術(shù)實驗的應(yīng)用價值，并將其有機地融于化學(xué)實驗教學(xué)中。

數(shù)字化手持技術(shù)在1990年左右開始引入我國，并逐漸應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)中。數(shù)字化手持技術(shù)實驗是采用傳感器和數(shù)據(jù)采集器等現(xiàn)代化、高科技、信息化的實驗工具，通過軟件系統(tǒng)與計算機相連接進行實驗，進一步優(yōu)化實踐教學(xué)方式，豐富了教學(xué)資源，強化了知識立體性結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了高中化學(xué)教學(xué)由“宏觀”向“微觀”，由“曲線”向“符號”的過渡，并將這四個層面應(yīng)用到高中化學(xué)實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，提升了課堂教學(xué)的互動性和有效性，增強了教學(xué)反饋實效，有利于幫助學(xué)生鞏固知識，促進良好學(xué)習(xí)態(tài)度的形成，對提升學(xué)生實驗效果和教學(xué)效率具有一定的促進作用。

二、數(shù)字化手持技術(shù)實驗在高中化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

高中化學(xué)教師在以往的教學(xué)中，習(xí)慣于采用直接性、強制性的方式，將化學(xué)原理等知識灌輸給學(xué)生，這不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和樂趣，也無助于教學(xué)效果的提升。因此，教師應(yīng)以引導(dǎo)性、形象化為理論依據(jù)，科學(xué)使用手持技術(shù)進行實驗教學(xué)，確保實驗教學(xué)的有效性。

（一）在概念教學(xué)中的應(yīng)用

概念教學(xué)是任何學(xué)科開展教學(xué)需要面臨的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，化學(xué)教學(xué)也是如此，學(xué)生只有明確并掌握化學(xué)基本概念，才能在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中，熟知原理和規(guī)律?；瘜W(xué)學(xué)科中的“電離、化學(xué)平衡、分子間作用力”等概念都可以通過數(shù)字化實驗，直觀地反映過程中的物理量變化，體現(xiàn)概念的本質(zhì)，為幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)困難提供支持。

比如：在“離子反應(yīng)”教學(xué)中，離子反應(yīng)的對象是離子，由于微粒很小，肉眼看不到，學(xué)生學(xué)習(xí)起來很費力，雖然課本中通過演示實驗幫助教學(xué)，可是演示也只能看到宏觀現(xiàn)象，微觀粒子之間反應(yīng)本質(zhì)還是不夠清楚，學(xué)生難以接受[1]。教師可以改用手持技術(shù)實驗，利用PH計探頭和電導(dǎo)率探頭，深入到氫氧化鋇溶液中，后以相同的速率滴入等物質(zhì)的量濃度的硫酸溶液，此時溶液的電導(dǎo)率和PH變化規(guī)律呈現(xiàn)在監(jiān)測圖像中，當學(xué)生觀察到PH值約等于7的圖像變化規(guī)律時，氫離子和氫氧根離子恰好完全反應(yīng);當電導(dǎo)率接近零時，鋇離子和硫酸根也完全反應(yīng)。通過分析溶液電導(dǎo)率和PH的變化曲線，學(xué)生就會形成正確的離子反應(yīng)概念，更加容易理解溶液中某些離子濃度的減小是離子反應(yīng)的實質(zhì)。

（二）在新課導(dǎo)入中的應(yīng)用

為了有效地激發(fā)學(xué)生的實驗潛能，充分發(fā)揮實驗教學(xué)趣味性、新穎性和價值性等作用，教師可以從新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)入手，引入數(shù)字化手持技術(shù)實驗，讓學(xué)生感受到高科技儀器對學(xué)好化學(xué)的幫助，進一步點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在鞏固舊知識的同時掌握新知，確保化學(xué)實驗課程高效展開。

例如：在“化學(xué)反應(yīng)速率”學(xué)習(xí)中，學(xué)生對外界影響因素和反應(yīng)速率的表示方法已經(jīng)有了基本的認知和了解。但是，對“反應(yīng)速率的測量”這一知識點卻難以掌握。為此，教師可通過數(shù)字化手持技術(shù)實驗進行新課導(dǎo)入。首先，教師在授課前通過小組實驗，利用抽濾瓶、數(shù)據(jù)采集器、手持遙控器、計算機聯(lián)機接收器、壓強傳感器等數(shù)字化技術(shù)，測量硫酸與鋅粒反應(yīng)瞬時速率的實時變化，觀察反應(yīng)時壓強曲線的變化;然后，將壓強變化曲線和走向趨勢進行定量分析，通過分段標記，將宏觀現(xiàn)象、主要微粒、趨勢特點和符號表征進行分析和概括;最后，引導(dǎo)學(xué)生利用原有圖像，制作成新的化學(xué)變化圖像，從中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率在15秒之后開始逐漸減小，并得出結(jié)論：硫酸在實驗中逐漸消耗，降低了H+的濃度，因此減慢了反應(yīng)速率。

（三）在探究性實驗中的應(yīng)用

探究學(xué)習(xí)方式是課標提出的一個重要理念，教師在實驗教學(xué)中，應(yīng)積極為學(xué)生提供合作與探究的學(xué)習(xí)空間，促進彼此間的交流與探討，實現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的有效轉(zhuǎn)變。如：在影響鹽類水解的因素探究中，教師可應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)實驗，借助色度傳感器與數(shù)據(jù)采集器等探測工具進行實時測量生成物的濃度，通過采取到的具體數(shù)據(jù)，對實驗變化過程進行分析，在確保實驗數(shù)據(jù)有效性、真實性和價值性的同時，培養(yǎng)探究思維、圖表分析能力和科學(xué)的探究能力。

具體實驗操作方法：首先，準備色度傳感器、比色皿、數(shù)據(jù)采集器、恒溫水浴鍋、溫度計等，并配置0.5mol/L的FeCL3溶液，將其加入比色皿中，之后放入色度傳感器進行數(shù)據(jù)采集并記錄，同時設(shè)置20℃的初始溫度，并逐漸加熱至60℃，將不同溫度的FeCL3溶液放置到不同燒杯中，并滴入5滴鹽酸溶液。其次，通過數(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)觀察，觀察發(fā)現(xiàn)：溶液吸光度不受時間的影響，但隨著鹽酸加入量的不斷增多，吸光度逐漸降低。最后，得出結(jié)論：加入鹽酸后，溶液中Fe（OH）3濃度降低了，說明水解平衡發(fā)生了逆向移動，證明了鹽酸對于FeCL3溶液水解具有抑制作用。

（四）在校本課程中的應(yīng)用

校本課程是根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，并且充分利用學(xué)校的資源，由學(xué)校教師開發(fā)的課程。以現(xiàn)行高中化學(xué)教材為基礎(chǔ)，選取能發(fā)揮手持技術(shù)優(yōu)勢的課題作為校本課程的研究內(nèi)容，旨在讓學(xué)生學(xué)會獲取知識和解決問題的途徑，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，建立證據(jù)意識，加強合作學(xué)習(xí)。

例如：弱酸電離常數(shù)測量。乙酸是常見的一元弱酸，其在水溶液中的電離平衡和電離常數(shù)表達式如下：CH3COOHCH3COO-+H+，由此可知，在某一溫度下，含乙酸和乙酸鈉的混合溶液中，測得[CH3COO-] =[CH3COOH]時的pH，即可獲得乙酸的電離平衡常數(shù)等于PH的原理。具體實驗操作為：首先，室溫下，按圖1所示裝置，向醋酸溶液（濃度為0.1mol/l體積為20.00ml）中逐滴滴入濃度也為0.1mol/l的氫氧化鈉溶液，用pH傳感器和滴數(shù)傳感器同時測量燒杯中溶液的pH和滴入的氫氧化鈉溶液的體積，當pH發(fā)生突躍后，繼續(xù)滴加2～3ml氫氧化鈉溶液。實驗測得pH隨加入的溶液體積的變化如圖2所示。

其次，分析pH曲線，當?shù)味ㄟ_到半終點時[CH3COO-] =[CH3COOH]，測得醋酸電離常數(shù)pKa=4.74，Ka=2.82×10-5。pH滴定法涉及的原理比較簡單，學(xué)生容易接受，利用手持技術(shù)自動記錄消耗的堿液體積和對應(yīng)的pH，不需要復(fù)雜的計算就能得出準確客觀的結(jié)果。

結(jié)束語

數(shù)字化手持技術(shù)操作簡便、快捷且準確性高，教師要不斷更新傳統(tǒng)教學(xué)工具和教學(xué)手段，積極探索“自主、合作、探究”式學(xué)習(xí)方式在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的運用渠道，充分發(fā)揮數(shù)字化手持技術(shù)的教學(xué)輔助功能，根據(jù)教材內(nèi)容有機運用于概念教學(xué)、新課導(dǎo)入、探究性實驗、校本課程中，讓學(xué)生更加直觀地了解化學(xué)反應(yīng)的原理，在培養(yǎng)學(xué)生實驗興趣的基礎(chǔ)上，挖掘?qū)W生的探究熱情與欲望，提高學(xué)生將所學(xué)理論知識運用于化學(xué)實驗中的能力，不斷提高學(xué)生觀察能力、探究能力及解決問題的能力，促進化學(xué)實驗課堂教學(xué)有效性的提升。

參考文獻

[1]龐紅梅.利用手持技術(shù)，實現(xiàn)“宏微符”結(jié)合：《離子反應(yīng)》一課教學(xué)實踐與思考[J].教育研究與評論：課堂觀察，2019（02）：88-91.

[2]胡先錦.基于“問題解決”的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計與思考：我們需要什么樣的化學(xué)課堂[J].化學(xué)教學(xué)，2019，（03）：36-41.

[3]王立新，錢揚義，蘇華虹，陳博殷，梁宏宇.手持技術(shù)數(shù)字化實驗與化學(xué)教學(xué)的深度融合：從“研究案例”到“認[D].華南師范大學(xué)心理學(xué)院，2018.