一、問(wèn)題提出

化學(xué)是一門研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以實(shí)驗(yàn)為載體的基礎(chǔ)自然科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中起著舉足輕重的作用，它能夠很好地激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。但是，傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于時(shí)間關(guān)系和實(shí)驗(yàn)條件的落后，往往只能先給出已有的定理、結(jié)論，然后安排實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。

新課標(biāo)提倡全面發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，使學(xué)生深入地學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)理論、方法和技能，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。手持技術(shù)，又稱數(shù)字化實(shí)驗(yàn)（DIS），是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套軟件組成的定量采集數(shù)據(jù)并能與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。將手持技術(shù)引入課堂，將知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，還原科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本來(lái)面目，使學(xué)生微觀思維可視化，并從中體會(huì)到“做科學(xué)”的樂(lè)趣，有利于提高學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。

二、探究過(guò)程

（一）前期準(zhǔn)備

學(xué)校于2020年配備了高中化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，為高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)探索提供了技術(shù)平臺(tái)保障，為探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景和建立高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系提供了可能。通過(guò)觀察、訪談、問(wèn)卷調(diào)查等方法，了解教師和學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的看法、設(shè)想與需求，對(duì)目前師生的總體信息化水平及數(shù)字技術(shù)使用的能力做出大致的評(píng)估，了解在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和信息技術(shù)使用中存在的普遍性問(wèn)題。運(yùn)用文獻(xiàn)研究法，收集與“結(jié)構(gòu)教學(xué)法”相關(guān)的理論資料和當(dāng)前的探究現(xiàn)狀，制定出基于手持技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用的探究?jī)?nèi)容和探究策略。

探究?jī)?nèi)容

探究策略運(yùn)用案例探究法，教師根據(jù)課程目標(biāo)、學(xué)情，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究課并進(jìn)行分析，寫(xiě)出高中階段系列化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例。通過(guò)案例探究尋找和積累經(jīng)驗(yàn)，提出具有典型性的范例。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器有許多優(yōu)于傳統(tǒng)儀器的地方，如傳感器，它比傳統(tǒng)測(cè)量工具更準(zhǔn)確、迅捷、直觀；再如溫度傳感器，它可將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn)在電腦的表格里，還可以同步顯示坐標(biāo)曲線。

（二）案例探究

根據(jù)課程內(nèi)容，將手持技術(shù)應(yīng)用于各種類型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)（課堂演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)）中。例如，“影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素的探究”，酸、堿、鹽的溶解過(guò)程和溶液的pH變化，弱電解質(zhì)的稀釋過(guò)程與電離程度和離子濃度的大小變化等。因?yàn)榻柚耸殖旨夹g(shù)強(qiáng)大的函數(shù)圖象處理功能，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果的輸出多數(shù)以函數(shù)圖象或數(shù)字表格的形式輸出，學(xué)生可以清晰、直觀地看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而將教學(xué)重難點(diǎn)各個(gè)擊破，使那些晦澀難懂的概念和原理變得容易，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)可以快速地突破教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

★案例一：“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”中壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響

1.設(shè)計(jì)背景

選擇人教版（2019）第二章“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”第二節(jié)“化學(xué)平衡”。對(duì)“在其他條件不變的情況下增加壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，降低壓強(qiáng)，平衡向氣體體積變大的方向移動(dòng)”這一結(jié)論的理解存在困難。解決的方法可以有多種，但我們是以反應(yīng)“2NO2（紅棕色）？葑N2O4（無(wú)色）”為例建立“宏微結(jié)合”的架構(gòu)模型，通過(guò)增減壓強(qiáng)，觀察容器中混合氣體顏色的變化來(lái)建立起平衡向生成氣體較小或較多方向移動(dòng)的微觀感知。

2.設(shè)計(jì)思路

利用色度傳感器分別測(cè)量不同壓強(qiáng)下反應(yīng)顏色變化，使透光率升高或降低的現(xiàn)象，反映壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

【儀器與藥品】

計(jì)算機(jī)（PC），蘇威爾牌（Swr）數(shù)據(jù)采集器以及色度傳感器，二氧化碳?xì)怏w。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

★案例二：用微電流傳感器探究冰醋酸稀釋過(guò)程中的電離情況

1.設(shè)計(jì)背景

純凈的冰醋酸不電離，隨著加水稀釋，電離程度增大，當(dāng)稀釋達(dá)到一定程度時(shí)，再加水稀釋，雖電離程度增大，但導(dǎo)電能力卻呈減弱趨勢(shì)，直至導(dǎo)電能力降到某一數(shù)值而不再發(fā)生明顯的變化。對(duì)于諸如醋酸這樣的弱電解質(zhì)電離，理論表述其電離過(guò)程溶液中離子濃度的變化，一直缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐。

2.設(shè)計(jì)思路

利用微電流傳感器，可以探究冰醋酸稀釋過(guò)程中弱電解質(zhì)的電離情況和變化規(guī)律。

【儀器與藥品】

計(jì)算機(jī)（PC），蘇威爾牌（Swr）數(shù)據(jù)采集器以及電導(dǎo)率傳感器，磁力加熱攪拌器，石墨碳棒，導(dǎo)線、滴數(shù)計(jì)、水槽等，冰醋酸、蒸餾水。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將兩支石墨碳棒固定后平行插入盛有20 mL冰醋酸的大燒杯中，插入兩支石墨碳棒，將電極與電導(dǎo)率傳感器相連（注意微電流傳感器的正負(fù)極），在燒杯中再插入分液漏斗（下端伸入燒杯中下部）或滴數(shù)計(jì)，加入攪拌磁子。

（2）開(kāi)啟磁力加熱攪拌器均勻攪拌，采集室溫下“電導(dǎo)率—時(shí)間”數(shù)據(jù)；待“電導(dǎo)率”的示值穩(wěn)定后開(kāi)始用分液漏斗或滴數(shù)計(jì)加水（均勻滴加）稀釋冰醋酸，繼續(xù)采集“電導(dǎo)率—時(shí)間”數(shù)據(jù)直至“微電流”的示值不再升高并出現(xiàn)下降為止。

（注意：本實(shí)驗(yàn)對(duì)搭建的裝置、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線等要拍照、截屏將數(shù)據(jù)保存。）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，冰醋酸開(kāi)始時(shí)電導(dǎo)率為0，因?yàn)榉肿討B(tài)的冰醋酸沒(méi)有離子；當(dāng)加水時(shí)，冰醋酸逐漸電離，溶液中離子濃度從無(wú)到有、從小到大，所以電導(dǎo)率逐漸增大，當(dāng)達(dá)到最大時(shí)，再加水稀釋，電離程度仍然增大，但由于水量的增多，溶液中離子的濃度逐漸變小，導(dǎo)致電導(dǎo)率逐漸下降，如果無(wú)限稀釋，溶液的導(dǎo)電能力趨近于純水的導(dǎo)電能力，電導(dǎo)率會(huì)小到與純水的電導(dǎo)率相近，接近0，而這一過(guò)程從以下電導(dǎo)率圖可以得到很好的解釋。

說(shuō)明：（1）由于時(shí)間的關(guān)系，加之如果無(wú)限稀釋，可能會(huì)加太多的水，所以我們選擇加有限量的水；待出現(xiàn)最大值后，再加一定量的水，使其電導(dǎo)率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，就能說(shuō)明問(wèn)題。

（2）在1200秒之前的一段時(shí)間內(nèi)，由于更換容器，出現(xiàn)一小段時(shí)間無(wú)數(shù)據(jù)可以采集，所以出現(xiàn)圖5中有一小段“缺口”，但更換完容器后，繼續(xù)加水，圖示的變化趨勢(shì)依然能夠吻合。

三、探究反思

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是教育技術(shù)發(fā)展的最新成果，從根本上改變了以前幾十年不變的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為教學(xué)改革的創(chuàng)新提供了舞臺(tái)，促進(jìn)常規(guī)教學(xué)的創(chuàng)新、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和科學(xué)探究的深入，也是時(shí)代發(fā)展的需要。但是高中階段數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展還存在不少困難和局限。

1.信息化技術(shù)更新速度快，探究成果時(shí)效性短

近幾年的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件和軟件更新非?？欤呀?jīng)出現(xiàn)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)和Pad配套的電子教室，且各種傳感器也集成一體，為實(shí)驗(yàn)的操作和課堂的教學(xué)手段提供了新的可能，相較而言，我校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室比較陳舊，目前探究成果可以期待以后繼續(xù)跟進(jìn)更新。

2.受升學(xué)壓力的影響，學(xué)習(xí)交流和深化的機(jī)會(huì)少

盡管配備數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的高中學(xué)校越來(lái)越多，但是真正能把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室用起來(lái)的還是很少，大多數(shù)學(xué)校依舊停留在用來(lái)參觀擺設(shè)。在高考的各種壓力下，教師沒(méi)有足夠的精力和積極性進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究，學(xué)生也沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐和探索。

3.缺乏上級(jí)部門政策的指導(dǎo)和支持，目前推廣和應(yīng)用尚未大規(guī)模展開(kāi)

盡管數(shù)字化的傳感技術(shù)走入我們的生活、學(xué)習(xí)、社會(huì)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，但目前來(lái)看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)能真正走入課堂還需要省、市、區(qū)等各級(jí)教育部門的系統(tǒng)支持和指導(dǎo)，把傳感技術(shù)的內(nèi)容融入教材，讓學(xué)生走在時(shí)代的前沿，市、區(qū)教研能進(jìn)行推廣和宣傳才能更好地發(fā)揮作用。

（作者單位：江蘇省南京市第九中學(xué)）

編輯：溫雪蓮

作者簡(jiǎn)介：韓麗麗（1982—），女，漢族，江蘇泰州人，研究生，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究。