手持技術在高師院校無機化學教學中的應用*

崔小梅，薛生桂

(西藏大學理學院，西藏 拉薩 850000)

1 問題的提出

無機化學是化學化工等相關專業學生的第一門基礎課，是連接中學化學與大學化學課程學習的橋梁，該課程在學生后續分析化學、物理化學等專業課的學習中起著舉足輕重的作用，也為化學師范生未來走入中學化學教學崗位打下夯實的理論知識基礎。“互聯網+”時代帶來的新發展和新變革對無機化學教學提出了新要求和新挑戰[1]，傳統的無機化學教學模式和方法已經不能滿足學生的學習興趣和要求。

在數字化和信息化時代背景下，以培養學生終身學習和發展為目標的核心素養體系是落實立德樹人目標的基礎，是新一輪課程改革深化的方向[2]。化學是一門以實驗為基礎的學科，倡導開展以化學實驗為主的多種科學探究活動。新課程改革背景下，要求培養學生化學核心素養，通過化學探究式教學，培養學生高級科學思維，提高學生創新能力，進而實現科學探究-知識理解-科學思維-創新能力的模式培養[3]。高師院校化學專業肩負著培養中學化學教師的重任，所以高等教育工作者應聚焦化學專業人才培養新模式，探索教育信息化背景下高師院校化學專業學生培養的新途徑。

2 目前無機化學教學中存在的不足

2.1 教學方式陳舊

無機化學主要包括化學反應原理、物質結構基礎和元素無機化學三部分，課程理論性較強，知識體系龐大，但課時數嚴重不足，教師為了完成教學大綱要求，一般以講授為主，與學生互動的次數較少，學生處于被動獲取知識的地位。而且這門課程一般開設在大一第一學期，大一新生還沒有完全適應大學的教學模式，缺乏自主學習能力，很難跟上教師的教學進度，這無疑會導致學生對無機化學課程的厭學心理。

2.2 考核評價方式單一

以西藏大學為例，目前無機化學考核的方式主要由平時成績(30%)和期末成績(70%)兩部分組成，其中平時成績考查學生的出勤率和作業情況，期末考試采取閉卷形式，著重考查學生的基礎理論知識掌握程度。現行評價方式不全面，忽略了對學生學習的過程性評價，且評價標準完全由教師掌握，學生處于被動評價地位，不利于發揮學生的主觀能定性。

3 手持技術在無機化學教學中的作用

手持技術是由傳感器、數據采集器和裝有配套軟件的電腦端組成的便攜式信息采集系統，具有自動記錄數據，實時繪制圖線的功能[4]。其高精度的數據和直觀的曲線圖同步連續呈現，讓學生可以直觀地觀察到實驗數據的變化趨勢，迅速建立起理論知識-實驗數據-實驗圖像的有機聯系，從而更好地提升學生從數據、圖像中獲取信息和分析處理實驗數據的能力[5-7]。

3.1 調動學生積極性，培養創造性思維

傳統的無機化學教學中，教師根據授課內容進行講解，學生缺乏獨立思考的過程，喪失了創造性思維發散的空間，而且國內化學教學目前絕大多數建立在以定性演示或探究實驗為主的定性教學的基礎上，相對缺乏以手持技術作為定量教學手段的教學實踐[8]。

手持技術這種掌上實驗教學方式可以讓學生從被動接受知識變為主動探究知識，真正成為課堂教學和實踐活動的主體。其直觀、可視化的數據和曲線圖可以幫助學生科學感知與建構無機化學中一些抽象概念，讓學生切身體會探究思路和方法，培養創造性思維，提高科學探究能力。此外，通過宏觀現象與微觀本質的聯系轉化，讓學生養成從化學視角認識事物變化的本質，也能夠培養學生發現問題、解決問題的能力，讓學生在潛移默化的學習過程中形成化學核心素養[9]。

3.2 不受空間限制，隨時隨地進行

手持技術最突出的優點就是小巧便攜、實時準確，整個實驗裝置通過與各種探頭連接，直觀、定量、動態地呈現實驗過程，這一點是缺乏自動采集功能、無法處理大量數據的傳統化學實驗所無法媲美的。手持技術不拘泥于實驗室的便攜性和靈活性可以讓師生隨時隨地進行探究活動并將實驗過程和結果進行實時儲存，徹底改變在傳統實驗室利用傳統方法進行實驗的現狀[10-11]。

3.3 踐行“綠色化學”理念，加強社會責任感

化學實驗中會用到各種有毒有害的化學藥品，在實際操作過程中不乏會造成一些污染，但手持技術實驗中涉及到的傳感器靈敏度高，這在一定程度上減少了化學藥品的使用。所以手持技術的引入也是踐行“綠色化學”理念的體現，可以讓學生在實際操作過程中樹立保護環境、保護生態文明的思想，養成良好的綠色化學習慣，增強對自然和社會的責任感。

4 手持技術在無機化學教學中的具體應用

4.1 化學反應原理模塊

化學反應原理主要包括化學反應熱力學、化學反應動力學和四大化學平衡，該模塊知識點較多、邏輯性較強，涉及大量公式和復雜的計算，學生普遍反映計算時不知如何應用公式[12]。比如在學習化學平衡影響因素時，教師一般通過勒夏特列原理或者公式推導來讓學生理解，但其實學生沒有直觀的視覺感受，也沒有親手通過實驗來驗證這一理論的正確性。手持技術實驗有助于學生深入理解知識，在探討濃度對化學平衡的影響時，通過色度計檢測透光率，在電腦屏幕上實時顯現透光率曲線，不僅能使學生觀察宏觀的實驗現象，更能根據數據、曲線的變化，從微觀層面認識和理解化學平衡，為學生建構化學平衡提供感性材料支撐[13]。

4.2 物質結構基礎模塊

物質結構基礎主要包括原子結構、分子結構、固體結構和配合物結構四部分，這些內容涉及到微觀層面，內容抽象而枯燥，很多學生反應是無機化學三大模塊中最難學的部分，手持技術的應用可以幫助學生將枯燥抽象的知識轉化為直觀的數據。例如研究者通過手持技術溫度傳感器分別測定了1,2-丙二醇、1,3-丙二醇及二者混合醇在相同條件下蒸發時的溫度變化曲線，比較了氫鍵類型對蒸發行為曲線變化的影響。這一過程的探究讓學生既直觀感知了氫鍵對分子間作用力的影響這一知識，又充分認識到“結構決定性質”的化學思想[14]。

4.3 元素無機化學模塊

元素無機化學模塊的知識零碎，內容枯燥，系統性不強，學生學習過程中無法掌握重點，難以形成系統完善的知識體系，容易產生厭煩情緒。在學習錳元素的相關知識時，學生高中被簡單告知高錳酸鉀在不同條件下的氧化性是不同的，在大學無機化學的學習時教師根據元素電勢圖等進行理論說明。但學生學完以后仍然只記得結論性的知識，借助傳感器讓學生親自探究物質的氧化性隨溶液酸堿度的變化情況能讓學生印象深刻。例如在一定濃度的高錳酸鉀溶液中，通過滴定管分別滴加pH=14的氫氧化鈉溶液和pH=1的硫酸溶液，體系氧化還原電勢(ORP)和pH的變化圖像通過相應傳感器測得并實時顯示在電腦屏幕上[15]。

表1 無機化學各知識模塊與手持技術結合案例

手持技術與高師院校無機化學的整合研究相對較少，將學生較難理解且易于和手持技術結合的知識開發成手持技術實驗案例應用于常態化教學是未來值得研究的問題。目前手持技術可以進行的實驗不是太多, 這也進一步影響了學校和教師對手持技術的態度[16]。筆者針對可以嘗試與手持技術實驗結合的知識點及可能用到的傳感器進行了簡單概括，具體見表1，這對于整個無機化學知識體系來說僅是九牛一毛，更加具體的實驗案例需要由高師院校的學者深入研究探討。

5 結 語

手持技術的引入可以將定性的現象和定量的分析有機結合起來，能深化學生對于概念的理解，幫助學生形成結構化的知識，有利于學生嚴謹的科學思維的養成[17]。將手持技術融入高師院校無機化學教學課堂符合核心素養理念下師范專業認證的培養目標，符合基礎教育和師范生改革發展的需要，對學生個人終身發展具有重要意義。