利用手持技術(shù)發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)

牛春雨

摘要：在化學(xué)教學(xué)中，手持技術(shù)的應(yīng)用促使化學(xué)實(shí)驗正在以一種數(shù)字化的形式呈現(xiàn)，為化學(xué)實(shí)驗教學(xué)帶來了極大的便利，彌補(bǔ)了試管實(shí)驗無法直接進(jìn)行微觀探析的遺憾。因此，將試管實(shí)驗與手持技術(shù)相融合，利用數(shù)據(jù)、圖像來解析宏觀現(xiàn)象，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：手持技術(shù);核心素養(yǎng);離子反應(yīng)

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。其中“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)要求學(xué)生能從元素和原子、分子水平認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。在日常教學(xué)過程中，通過試管實(shí)驗可以觀察到部分化學(xué)反應(yīng)的明顯現(xiàn)象，但對于溶液中微觀粒子的變化無法直接觀察，導(dǎo)致部分學(xué)生對溶液中微觀粒子的變化理解不夠深入。因此，借助手持技術(shù)將粒子的微觀變化數(shù)據(jù)化、具體化、宏觀化，幫助學(xué)生探析粒子的微觀變化。利用手持技術(shù)可以將數(shù)據(jù)變化與實(shí)驗過程同步進(jìn)行，再與計算機(jī)連接便能將變化過程以圖像、表格、指針等形式動態(tài)演示出來，且實(shí)驗數(shù)據(jù)可達(dá)到相對誤差為0.05%的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度較高。

一、教學(xué)背景

本節(jié)內(nèi)容選自必修一第一章第二節(jié)《離子反應(yīng)》的第二課時。本節(jié)內(nèi)容中既要讓學(xué)生掌握電解質(zhì)在溶液中反應(yīng)的本質(zhì)特征，又要總結(jié)出離子反應(yīng)、離子方程式及其書寫步驟，存在課容量大，概念多、抽象，理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，且在本節(jié)課中學(xué)生初步接觸數(shù)形結(jié)合分析圖像的方法，在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于圖像分析不夠準(zhǔn)確，利用數(shù)形結(jié)合分析微觀變化對學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了極大困難，因此將本節(jié)課中引入手持技術(shù)測定電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性并繪制出圖像，旨在突破學(xué)生利用數(shù)形結(jié)合分析溶液中微觀粒子變化這一難點(diǎn)。

二、教學(xué)過程

[環(huán)節(jié)一]宏觀現(xiàn)象，導(dǎo)入課堂

結(jié)合生活常識（給電器設(shè)備通電時，濕手操作易發(fā)生觸電事故），創(chuàng)設(shè)情境，提出問題——為什么濕手操作易觸電？

師：演示干燥的NaCl固體、KNO3固體、蒸餾水、NaCl溶液、KNO3溶液的導(dǎo)電實(shí)驗。

生：觀察實(shí)驗現(xiàn)象，得出結(jié)論—干燥的NaCl固體、KNO3固體、蒸餾水不導(dǎo)電，而NaCl溶液、KNO3溶液可以導(dǎo)電。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)情境，以真實(shí)、有意義的問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[環(huán)節(jié)二]探究電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力大小的因素

師：影響電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力大小的因素有哪些呢？

生：小組內(nèi)針對問題進(jìn)行討論。然后各小組依次進(jìn)行匯報。

引導(dǎo)并將學(xué)生討論結(jié)果進(jìn)行匯總為：離子濃度大小和離子所帶電荷數(shù)多少兩個因素。

師：對于溶液中的離子，我們無法用肉眼看到，但我們可以利用數(shù)字化儀器通過數(shù)據(jù)和圖像表征出溶液中離子的變化。

教師介紹數(shù)字化儀器——手持技術(shù)的構(gòu)成及使用方法。（課上使用的儀器和試劑為：電導(dǎo)率傳感器、數(shù)據(jù)線、電腦、支架、燒杯、0.1 mol/L NaCl、0.2 mol/L NaCl、0.1 mol/L Na2SO4、0.1 mol/L HCl、0.1 mol/L CH3COOH。）

生：結(jié)合教師講解的手持技術(shù)裝置的使用方法，各組在小組內(nèi)討論，設(shè)計實(shí)驗并進(jìn)行實(shí)驗。

學(xué)生設(shè)計實(shí)驗方案，分別從測定了0.1mol/LNaCl溶液、0.2mol/LNaCl溶液、0.1mol/LNa2SO4溶液、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L 醋酸溶液的電導(dǎo)率，數(shù)據(jù)如下所示。

最終得出了溶液導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱由溶液中自由移動離子的濃度和離子所帶的電荷數(shù)決定。

設(shè)計意圖：將手持技術(shù)引入教學(xué)，通過數(shù)據(jù)說明影響電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力大小的因素更具說服力，完成了宏觀辨識到微觀探析的探究。

[環(huán)節(jié)三]探究離子反應(yīng)本質(zhì)

師：當(dāng)溶液混合發(fā)生化學(xué)變化時，溶液導(dǎo)電能力大小是否變化？若變化，是什么原因?qū)е缕渥兓模空埜餍〗M在以下幾種情況中選擇一種進(jìn)行實(shí)驗，根據(jù)圖像分析。

①向NaOH溶液中滴加稀鹽酸;

②向醋酸溶液中滴加KOH溶液;

③向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸;

生：學(xué)生們分組利用手持技術(shù)中的電導(dǎo)率傳感器對以上3種情況進(jìn)行了實(shí)驗，得出了相應(yīng)的圖像，如下所示。并由每組同學(xué)一次分析三種情況下曲線變化的原因。

①向NaOH溶液中滴加稀鹽酸

②向醋酸溶液中滴加KOH溶液

③向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸

師：溶液混合后，溶液的導(dǎo)電性發(fā)生了不同的變化，說明了溶液中離子的濃度發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，像這樣有離子參加的反應(yīng)就是離子反應(yīng)。

設(shè)計意圖：通過分析數(shù)據(jù)圖像，提升學(xué)生數(shù)形結(jié)合的圖像分析能力，從定性探究走向定量探究，直觀地感受溶液中離子濃度的變化過程。

[環(huán)節(jié)四]符號表征離子反應(yīng)實(shí)質(zhì)

師：當(dāng)向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸時，反應(yīng)前后溶液中粒子種類發(fā)生了什么變化？

生：分析溶液混合前后存在的粒子種類。

師：閱讀教材中有關(guān)離子方程式書寫方法的內(nèi)容，小組交流研討，形成離子方程式書寫的基本程序并用離子方程式表示出向氫氧化鋇溶液中滴加稀硫酸的反應(yīng)。

設(shè)計意圖：以Ba（OH）2溶液與稀硫酸溶液反應(yīng)為例，構(gòu)建離子方程式書寫的規(guī)則與程序模型，診斷并發(fā)展學(xué)生符號表征、模型建構(gòu)與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)評價

本節(jié)課上將手持技術(shù)中的電導(dǎo)率傳感器引入教學(xué)，能夠快速準(zhǔn)確測量溶液的電導(dǎo)率數(shù)值及其變化圖像，進(jìn)而分析出微觀粒子的變化形式，使學(xué)生能夠從宏觀、微觀兩個視角分析粒子變化，明確了離子反應(yīng)的本質(zhì)，加深了知識理解，完成了宏觀辨識到微觀探析的探究。

參考文獻(xiàn)

[1]賴增榮. 利用數(shù)字技術(shù)發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)的實(shí)踐研究——以高中《化學(xué)1（必修）》中離子反應(yīng)教學(xué)為例[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2020，No.342（14）：52-56.