數字化手持技術實驗在高中化學課堂教學中的實踐探析

黃彩軍

摘 要：隨著互聯網+教育的不斷融合，信息化教學也得到了快速發展。作為一種新型的教學方式，數字化手持技術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教師的重視與青睞，它不僅激發了學生主動參與實驗教學活動的熱情，而且促進了學生思維方式的轉變，提高了學生解決問題的能力。基于此，本文探究了數字化手持技術實驗在高中化學實驗中的應用價值及其方法，旨在為精準教學、提高課堂教學實效提供保證，同時促進學生必備能力的形成和素養的發展，進一步提升教師專業水平。

關鍵詞：高中化學;實驗教學;數字化手持技術;應用途徑

2017年頒布的《普通高中化學課程標準》明確指出，教師要立足化學實驗特點及學生的知識結構等情況，打破傳統教學模式，積極營造寬松、和諧的實驗教學環境，為學生提供微型實驗、定量實驗、數字化實驗等實踐活動的機會與平臺，優化有助于學生化學素養提升的多樣化教學方式，健全教學三維目標，更加直觀地呈現反應原理，有效調動學生學習積極性，從而實現將復雜的問題簡單化，將抽象的問題形象化等目的，引導學生進一步樹立科學的實驗態度，形成嚴謹的實驗方案及求真務實的實驗習慣，讓學生明確實驗在高中化學學習中的重要性，彰顯學生的主體地位，切實培養學生的發散思維能力及實踐操作能力。

一、數字化手持技術實驗在高中化學課堂教學中的應用價值

在新課改的不斷推進下，傳統高中化學教學模式已經難以滿足學生發展需要。雖然大部分學校教學條件已逐步完善并建立了手持技術實驗室，但在計算機實驗、實踐教學、科研過程、手持技術、信息采集、具體操作之間難以進行有效配合，導致未能凸顯手持技術的優勢，尤其在實驗演示方面，還存在著盲目性指導等現象。在一定程度上，手持技術實驗的案例難以突出教學價值，信息技術應用水平仍然不高。因此，教師要充分挖掘數字化手持技術實驗的應用價值，并將其有機地融于化學實驗教學中。

數字化手持技術在1990年左右開始引入我國，并逐漸應用于化學教學中。數字化手持技術實驗是采用傳感器和數據采集器等現代化、高科技、信息化的實驗工具，通過軟件系統與計算機相連接進行實驗，進一步優化實踐教學方式，豐富了教學資源，強化了知識立體性結構，實現了高中化學教學由“宏觀”向“微觀”，由“曲線”向“符號”的過渡，并將這四個層面應用到高中化學實驗教學的各個環節，提升了課堂教學的互動性和有效性，增強了教學反饋實效，有利于幫助學生鞏固知識，促進良好學習態度的形成，對提升學生實驗效果和教學效率具有一定的促進作用。

二、數字化手持技術實驗在高中化學課堂教學中的應用

高中化學教師在以往的教學中，習慣于采用直接性、強制性的方式，將化學原理等知識灌輸給學生，這不利于激發學生學習化學的興趣和樂趣，也無助于教學效果的提升。因此，教師應以引導性、形象化為理論依據，科學使用手持技術進行實驗教學，確保實驗教學的有效性。

（一）在概念教學中的應用

概念教學是任何學科開展教學需要面臨的基礎環節，化學教學也是如此，學生只有明確并掌握化學基本概念，才能在后續學習過程中，熟知原理和規律。化學學科中的“電離、化學平衡、分子間作用力”等概念都可以通過數字化實驗，直觀地反映過程中的物理量變化，體現概念的本質，為幫助學生解決學習困難提供支持。

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

（二）在新課導入中的應用

為了有效地激發學生的實驗潛能，充分發揮實驗教學趣味性、新穎性和價值性等作用，教師可以從新課導入環節入手，引入數字化手持技術實驗，讓學生感受到高科技儀器對學好化學的幫助，進一步點燃學生的學習熱情，在鞏固舊知識的同時掌握新知，確保化學實驗課程高效展開。

例如：在“化學反應速率”學習中，學生對外界影響因素和反應速率的表示方法已經有了基本的認知和了解。但是，對“反應速率的測量”這一知識點卻難以掌握。為此，教師可通過數字化手持技術實驗進行新課導入。首先，教師在授課前通過小組實驗，利用抽濾瓶、數據采集器、手持遙控器、計算機聯機接收器、壓強傳感器等數字化技術，測量硫酸與鋅粒反應瞬時速率的實時變化，觀察反應時壓強曲線的變化;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，引導學生利用原有圖像，制作成新的化學變化圖像，從中發現反應速率在15秒之后開始逐漸減小，并得出結論：硫酸在實驗中逐漸消耗，降低了H+的濃度，因此減慢了反應速率。

（三）在探究性實驗中的應用

探究學習方式是課標提出的一個重要理念，教師在實驗教學中，應積極為學生提供合作與探究的學習空間，促進彼此間的交流與探討，實現學習方式的有效轉變。如：在影響鹽類水解的因素探究中，教師可應用數字化手持技術實驗，借助色度傳感器與數據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據，對實驗變化過程進行分析，在確保實驗數據有效性、真實性和價值性的同時，培養探究思維、圖表分析能力和科學的探究能力。

具體實驗操作方法：首先，準備色度傳感器、比色皿、數據采集器、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據采集并記錄，同時設置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，通過數據采集器進行數據觀察，觀察發現：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，得出結論：加入鹽酸后，溶液中Fe（OH）3濃度降低了，說明水解平衡發生了逆向移動，證明了鹽酸對于FeCL3溶液水解具有抑制作用。

（四）在校本課程中的應用

校本課程是根據學生的學情，并且充分利用學校的資源，由學校教師開發的課程。以現行高中化學教材為基礎，選取能發揮手持技術優勢的課題作為校本課程的研究內容，旨在讓學生學會獲取知識和解決問題的途徑，從而培養學生的科學素養，建立證據意識，加強合作學習。

例如：弱酸電離常數測量。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發生突躍后，繼續滴加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，當滴定達到半終點時[CH3COO-] =[CH3COOH]，測得醋酸電離常數pKa=4.74，Ka=2.82×10-5。pH滴定法涉及的原理比較簡單，學生容易接受，利用手持技術自動記錄消耗的堿液體積和對應的pH，不需要復雜的計算就能得出準確客觀的結果。

結束語

數字化手持技術操作簡便、快捷且準確性高，教師要不斷更新傳統教學工具和教學手段，積極探索“自主、合作、探究”式學習方式在高中化學實驗教學中的運用渠道，充分發揮數字化手持技術的教學輔助功能，根據教材內容有機運用于概念教學、新課導入、探究性實驗、校本課程中，讓學生更加直觀地了解化學反應的原理，在培養學生實驗興趣的基礎上，挖掘學生的探究熱情與欲望，提高學生將所學理論知識運用于化學實驗中的能力，不斷提高學生觀察能力、探究能力及解決問題的能力，促進化學實驗課堂教學有效性的提升。

參考文獻

[1]龐紅梅.利用手持技術，實現“宏微符”結合：《離子反應》一課教學實踐與思考[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”的高中化學教學設計與思考：我們需要什么樣的化學課堂[J].化學教學，2019，（03）：36-41.

[3]王立新，錢揚義，蘇華虹，陳博殷，梁宏宇.手持技術數字化實驗與化學教學的深度融合：從“研究案例”到“認[D].華南師范大學心理學院，2018.