数字化手持技术实验在高中化学的实践

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摘要：随着互联网+教育的不断融合，信息化教学也得到了快速发展。作为一种新型的教学方式，数字化手持技术实验因其具有便捷性、准确性及直观性等特点而深受广大化学教师的重视与青睐，它不仅激发了学生主动参与实验教学活动的热情，而且促进了学生思维方式的转变，提高了学生解决问题的能力。基于此，本文探究了数字化手持技术实验在高中化学实验中的应用价值及其方法，旨在为精准教学、提高课堂教学实效提供保证，同时促进学生必备能力的形成和素养的发展，进一步提升教师专业水平。

关键词：高中化学；实验教学；数字化手持技术；应用途径

2017年颁布的《普通高中化学课程标准》明确指出，教师要立足化学实验特点及学生的知识结构等情况，打破传统教学模式，积极营造宽松、和谐的实验教学环境，为学生提供微型实验、定量实验、数字化实验等实践活动的机会与平台，优化有助于学生化学素养提升的多样化教学方式，健全教学三维目标，更加直观地呈现反应原理，有效调动学生学习积极性，从而实现将复杂的问题简单化，将抽象的问题形象化等目的，引导学生进一步树立科学的实验态度，形成严谨的实验方案及求真务实的实验习惯，让学生明确实验在高中化学学习中的重要性，彰显学生的主体地位，切实培养学生的发散思维能力及实践操作能力。

一、数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用价值

在新课改的不断推进下，传统高中化学教学模式已经难以满足学生发展需要。虽然大部分学校教学条件已逐步完善并建立了手持技术实验室，但在计算机实验、实践教学、科研过程、手持技术、信息采集、具体操作之间难以进行有效配合，导致未能凸显手持技术的优势，尤其在实验演示方面，还存在着盲目性指导等现象。在一定程度上，手持技术实验的案例难以突出教学价值，信息技术应用水平仍然不高。因此，教师要充分挖掘数字化手持技术实验的应用价值，并将其有机地融于化学实验教学中。数字化手持技术在1990年左右开始引入我国，并逐渐应用于化学教学中。数字化手持技术实验是采用传感器和数据采集器等现代化、高科技、信息化的实验工具，通过软件系统与计算机相连接进行实验，进一步优化实践教学方式，丰富了教学资源，强化了知识立体性结构，实现了高中化学教学由“宏观”向“微观”，由“曲线”向“符号”的过渡，并将这四个层面应用到高中化学实验教学的各个环节，提升了课堂教学的互动性和有效性，增强了教学反馈实效，有利于帮助学生巩固知识，促进良好学习态度的形成，对提升学生实验效果和教学效率具有一定的促进作用。

二、数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用

高中化学教师在以往的教学中，习惯于采用直接性、强制性的方式，将化学原理等知识灌输给学生，这不利于激发学生学习化学的兴趣和乐趣，也无助于教学效果的提升。因此，教师应以引导性、形象化为理论依据，科学使用手持技术进行实验教学，确保实验教学的有效性。

（一）在概念教学中的应用

概念教学是任何学科开展教学需要面临的基础环节，化学教学也是如此，学生只有明确并掌握化学基本概念，才能在后续学习过程中，熟知原理和规律。化学学科中的“电离、化学平衡、分子间作用力”等概念都可以通过数字化实验，直观地反映过程中的物理量变化，体现概念的本质，为帮助学生解决学习困难提供支持。比如：在“离子反应”教学中，离子反应的对象是离子，由于微粒很小，肉眼看不到，学生学习起来很费力，虽然课本中通过演示实验帮助教学，可是演示也只能看到宏观现象，微观粒子之间反应本质还是不够清楚，学生难以接受[1]。教师可以改用手持技术实验，利用PH计探头和电导率探头，深入到氢氧化钡溶液中，后以相同的速率滴入等物质的量浓度的硫酸溶液，此时溶液的电导率和PH变化规律呈现在监测图像中，当学生观察到PH值约等于7的图像变化规律时，氢离子和氢氧根离子恰好完全反应；当电导率接近零时，钡离子和硫酸根也完全反应。通过分析溶液电导率和PH的变化曲线，学生就会形成正确的离子反应概念，更加容易理解溶液中某些离子浓度的减小是离子反应的实质。

（二）在新课导入中的应用

为了有效地激发学生的实验潜能，充分发挥实验教学趣味性、新颖性和价值性等作用，教师可以从新课导入环节入手，引入数字化手持技术实验，让学生感受到高科技仪器对学好化学的帮助，进一步点燃学生的学习热情，在巩固旧知识的同时掌握新知，确保化学实验课程高效展开。例如：在“化学反应速率”学习中，学生对外界影响因素和反应速率的表示方法已经有了基本的认知和了解。但是，对“反应速率的测量”这一知识点却难以掌握。为此，教师可通过数字化手持技术实验进行新课导入。首先，教师在授课前通过小组实验，利用抽滤瓶、数据采集器、手持遥控器、计算机联机接收器、压强传感器等数字化技术，测量硫酸与锌粒反应瞬时速率的实时变化，观察反应时压强曲线的变化；然后，将压强变化曲线和走向趋势进行定量分析，通过分段标记，将宏观现象、主要微粒、趋势特点和符号表征进行分析和概括；最后，引导学生利用原有图像，制作成新的化学变化图像，从中发现反应速率在15秒之后开始逐渐减小，并得出结论：硫酸在实验中逐渐消耗，降低了H+的浓度，因此减慢了反应速率。

（三）在探究性实验中的应用

探究学习方式是课标提出的一个重要理念，教师在实验教学中，应积极为学生提供合作与探究的学习空间，促进彼此间的交流与探讨，实现学习方式的有效转变。如：在影响盐类水解的因素探究中，教师可应用数字化手持技术实验，借助色度传感器与数据采集器等探测工具进行实时测量生成物的浓度，通过采取到的具体数据，对实验变化过程进行分析，在确保实验数据有效性、真实性和价值性的同时，培养探究思维、图表分析能力和科学的探究能力。具体实验操作方法：首先，准备色度传感器、比色皿、数据采集器、恒温水浴锅、温度计等，并配置0.5mol/L的FeCL3溶液，将其加入比色皿中，之后放入色度传感器进行数据采集并记录，同时设置20℃的初始温度，并逐渐加热至60℃，将不同温度的FeCL3溶液放置到不同烧杯中，并滴入5滴盐酸溶液。其次，通过数据采集器进行数据观察，观察发现：溶液吸光度不受时间的影响，但随着盐酸加入量的不断增多，吸光度逐渐降低。最后，得出结论：加入盐酸后，溶液中Fe（OH）3浓度降低了，说明水解平衡发生了逆向移动，证明了盐酸对于FeCL3溶液水解具有抑制作用。

（四）在校本课程中的应用

校本课程是根据学生的学情，并且充分利用学校的资源，由学校教师开发的课程。以现行高中化学教材为基础，选取能发挥手持技术优势的课题作为校本课程的研究内容，旨在让学生学会获取知识和解决问题的途径，从而培养学生的科学素养，建立证据意识，加强合作学习。例如：弱酸电离常数测量。乙酸是常见的一元弱酸，其在水溶液中的电离平衡和电离常数表达式如下：CH3COOHCH3COO－＋H＋，由此可知，在某一温度下，含乙酸和乙酸钠的混合溶液中，测得[CH3COO-] =[CH3COOH]时的pH，即可获得乙酸的电离平衡常数等于PH的原理。具体实验操作为：首先，室温下，按图1所示装置，向醋酸溶液（浓度为0.1mol/l体积为20.00ml）中逐滴滴入浓度也为0.1mol/l的氢氧化钠溶液，用pH传感器和滴数传感器同时测量烧杯中溶液的pH和滴入的氢氧化钠溶液的体积，当pH发生突跃后，继续滴加2～3ml氢氧化钠溶液。实验测得pH随加入的溶液体积的变化如图2所示。其次，分析pH曲线，当滴定达到半终点时[CH3COO-] =[CH3COOH]，测得醋酸电离常数pKa=4.74，Ka=2.82×10-5。pH滴定法涉及的原理比较简单，学生容易接受，利用手持技术自动记录消耗的碱液体积和对应的pH，不需要复杂的计算就能得出准确客观的结果。

结束语

数字化手持技术操作简便、快捷且准确性高，教师要不断更新传统教学工具和教学手段，积极探索“自主、合作、探究”式学习方式在高中化学实验教学中的运用渠道，充分发挥数字化手持技术的教学辅助功能，根据教材内容有机运用于概念教学、新课导入、探究性实验、校本课程中，让学生更加直观地了解化学反应的原理，在培养学生实验兴趣的基础上，挖掘学生的探究热情与欲望，提高学生将所学理论知识运用于化学实验中的能力，不断提高学生观察能力、探究能力及解决问题的能力，促进化学实验课堂教学有效性的提升。

参考文献

[1]庞红梅.利用手持技术,实现“宏微符”结合:《离子反应》一课教学实践与思考[J].教育研究与评论:课堂观察,2019(02):88-91.

[2]胡先锦.基于“问题解决”的高中化学教学设计与思考:我们需要什么样的化学课堂[J].化学教学,2019,(03):36-41.

[3]王立新,钱扬义,苏华虹,陈博殷,梁宏宇.手持技术数字化实验与化学教学的深度融合:从“研究案例”到“认[D].华南师范大学心理学院,2018.

作者：黄彩军 单位：福建省厦门市新店中学