手持技術在高中化學實驗中的應用

張金倡

化學是一門以實驗為基礎的學科，在新課程改革背景下，化學實驗的重要性更加突出，要求我們在化學實驗教學中滲透學科思想，除了培養學生的動手能力、觀察能力、語言描述能力，還要培養學生的學科質疑能力、創新能力和探索精神。但是對于課本中的化學實驗，尤其是微觀問題，如離子反應、電離平衡、原電池原理等，在教學中往往由于時間問題（比如酸堿中和滴定曲線的測定，測定次數多、時間長，教師在教學中常常將實驗操作改為動畫演示以縮短實驗演示時間）或課堂實驗條件的限制（現象不明顯等），對于一些理論性知識的講授常常先介紹結論，再通過實驗驗證結論，這樣的教學過程顯得太灌輸式，沒有知識的形成過程，沒有體驗式的學習，印象常常不深刻，學生學習效果差，也不利于培養學生獨立思考和發現問題的能力。

手持技術實驗是近幾年逐漸普及的理科實驗裝置，又稱為“掌上實驗室”。它主要由數據采集器和傳感器組成，通過傳感器去識別化學的物理量，再將物理量轉換為電信號，再經過數據采集器及軟件將電信號轉化為數字，并以數、圖結合的方式呈現在計算機的屏幕上。它便捷、實時、準確、直觀、綜合性強等優點，能改進高中化學實驗水平，解決傳統實驗的困難。本文結合教學實踐，淺談手持技術在高中化學實驗中的應用。

一、手持技術實驗將微觀問題可視化

手持技術實驗的應用有利于學生更高效地學習有關壓強、電流、電壓、離子反應等較抽

象的理論知識。離子反應一向是學生的理解難點，要讓學生理解反應的本質是離子濃度的減少是學習的關鍵，所以有些離子反應雖然無明顯現象，但仍然進行。而學生往往只停留在初中階段復分解反應的條件上（物質間生成沉淀或氣體或水）。利用手持技術可以讓“無形”的現象變“有形”。例如將冰醋酸滴入鹽酸中并無明顯現象，但利用pH傳感器測定滴加過程中混合液的pH值，學生可以直觀地發現鹽酸的pH值不斷增大，進而判斷兩者發生化學反應，生成了難電離的弱電解質醋酸。

原電池原理也是學生實驗理解的一大難點。傳統教學中，先通過鋅銅原電池中鋅片溶解、銅片上產生氣泡的實驗現象再去分析原電池的工作原理，講授中學生最大的理解障礙是電流如何形成。如果換成手持技術實驗，利用電流傳感器就可直接捕捉到電流的數據變化。

與傳統實驗相比，手持技術的數據與圖像的結合更直觀、清晰地幫助學生建立抽象概念的形成過程。強、弱電解質的電離情況、弱電解質電離平衡的平衡建立、酸堿中和滴定曲線的測定（圖1）、溫度對氯化鐵水解平衡的影響（圖2）都可以很好地借助手持技術來提高實驗效果。傳統酸堿中和滴定中主要采用酸堿指示劑來確定滴定終點，但往往因為指示劑的量把握不當或操作中滴定太快或過早等問題而造成較大的實驗誤差，而手持技術無需酸堿指示劑就可直接測出滴定曲線。

二、手持技術實驗更高效便捷，體現綠色化學思想

例如測定補鈣劑中鈣的含量，傳統實驗中鈣離子的檢查方法是先將鈣離子與沉淀劑如碳

酸根反應生成碳酸鈣，經過過濾、洗滌、烘干、稱量，再根據相關計算得出補鈣劑中鈣的含量，傳統實驗費時、繁瑣，而利用手持技術實驗中的色度計便可快速測定并直接從電腦數據中得到補鈣劑中鈣的含量。再如不同的物質在水中的溶解伴隨著不同的能量變化，在傳統實驗中，分別將氫氧化鈉、氯化鈉、氯化銨溶于水，再用手感知或用水銀溫度計測定溫度變化，實驗中需要用到比較多的實驗藥品，實驗時間也較久，而手持技術實驗只需少量藥品就可達到理想的效果。

三、手持技術使實驗更加綜合化，培養學生多角度觀察，提高定量研究能力

在完成課本實驗的同時，手持技術強大的多功能傳感器和數據分析軟件可以滿足多個變量之間的探究，為師生擴寬實驗范圍。這是傳統化學實驗無法比擬的，例如pH法研究溫度對氯化鐵水解平衡的影響中，可以得到兩條曲線關系：時間-溫度曲線、時間-pH曲線（圖2）。

使學生在實驗過程中不僅關注實驗現象，也關注數據分析，從而得到更深層的結論。在分析數據中，學生慢慢地對定量研究有更深層的理解，而傳統實驗一般只關注定性研究（實驗現象）。學生在分析數據中，對圖像橫縱坐標的意義、曲線的變化趨勢將有更深入的理解，看懂抽象的圖、提取對應的數據和變化趨勢，在定性與定量之間轉變，大大提升學生的解題能力和分析問題能力。

四、手持技術使探究性實驗變得更加靈活，有助于學生創新性思維的培養

傳統實驗的內容由課本給定，而手持技術裝置的特點決定了它可以給學生提供自由探究的機會。學生基于手持技術的數字化、現代化特點，往往能激起學生無限的學習熱情與興趣。學生可將平時大膽的設想通過手持技術實驗付諸實踐，例如冬天班級因為門窗緊閉，大部分學生頭腦昏昏沉沉，學生會突發奇想通過測定教室內課前、課后二氧化碳濃度，分析是不是二氧化碳濃度太高會影響人的狀態。該探究實驗可行性強、操作簡單快捷，對學生日常環境的觀察有了深入的觸動，知道下課要注意通風，呼吸新鮮的空氣。學生在簡單的探究中可以將自己的疑問付諸實踐、用所學知識指導研究學習，將理論與實際相結合，讓學生在探究中成長。類似的探究實驗還有，牛奶的變質時間是常溫6小時，學生可以通過測牛奶的酸化判斷牛奶是否變質;我們身邊雨是不是酸雨、水樣的測定等。通過測定這些與我們日常生活息息相關的實驗，不僅能培養學生的動手實驗能力、合作探究能力，還能培養學生關心我們的生活環境，提高環保意識和社會責任心。

手持技術在實際使用中也會有一定的問題，比如儀器費用較高，軟件使用需要培訓等等，但它的應用潛力是無限的，需要我們不斷地去研究和開發。

參考文獻：

[1]基于手持技術的“離子反應”課堂教學研究.

[2]高中化學手持技術——呂永明.