數字化手持技術與高中化學教學融合研究

陳建文

［摘 要］實驗是高中化學的重要組成部分，將數字化手持技術運用到高中化學教學中，是大勢所趨。文章著眼于數字化手持技術的應用現狀和優越性，探討數字化手持技術與高中化學教學相融合的具體措施。

［關鍵詞］高中化學；數字化；手持技術

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）12-0056-04

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗在化學教學中占據著重要的地位。新課標強化對化學實驗的要求，更加注重實驗過程的合作性與探究性，強調培養學生的實踐能力和創新精神。數字化手持技術作為技術、信息和教育融合的產物，為化學實驗教學提供了強有力的工具支持。數字化手持技術以信息技術為載體，生動地呈現教學內容，可使學生更為直觀地理解化學實驗過程及其原理。該技術能夠實時采集并分析處理實驗數據，幫助學生理解實驗結果。此外，數字化手持技術還能模擬實驗，確保學生在安全環境下操作，提高實驗效率。借助此項技術，學生不僅可以深入探討化學反應原理，還能培養探究精神和團隊合作意識。教師亦可以根據此技術更好地指導學生，從而提升教學質量。

一、數字化手持技術簡介及應用現狀

（一）數字化手持技術簡介

數字化手持技術是基于信息化數字技術發展起來的，俗稱“掌上技術”。該技術是由“傳感器+數據采集器+計算機+處理軟件”組成的，能夠采集化學實驗數據，并以圖表的形式呈現實驗數據的現代化技術手段。其構成部件小，教學過程中能在手掌上操作。通過監測數據變化有助于判斷實驗進程，同時利用計算機對傳回的數據變化趨勢進行分析，將實驗的動態過程還原出來，可實現自動化記錄與存儲。數字化手持技術有著強大的感知、信息整合、儲存及后期數據處理等功能，能夠實現數圖結合、記錄細微過程的實驗數據、自動生成圖像，以及讓化學反應的瞬間可視化，有利于培養學生的化學學科素養。

數字化手持技術大約在2O世紀9O年代開始進入我國，在我國基礎教育領域的應用和研究起步較晚。它最初被用于物理教學，隨后才被引入到化學教學中。目前，數字化手持技術實驗在大部分高校已得到廣泛推廣，但在中學階段對該技術的使用還不普遍。因此，如何將該技術合理運用到高中化學教學中任重道遠。

（二）數字化手持技術應用現狀

第一，數字化手持技術設備的配套建設比較落后。利用數字化手持技術進行化學教學，不僅能提升學生學習化學的興趣，還能借助傳感器降低學習難度和時耗。然而，現階段擁有數字化手持技術設備的高中化學實驗室并不多，這就限制了數字化手持技術的使用。因此，只有加大數字化手持技術配套化學實驗儀器的研究與開發力度，才能使高中化學數字化手持技術得以推廣。

第二，數字化手持技術設備老舊，穩定性和精確度欠佳。數字化手持技術與傳統實驗相比明顯具有優勢，但這些優勢的發揮需建立在數字化手持技術設備具有良好的穩定性和精確性基礎上。然而，目前各高中學校的傳感器性能穩定性欠佳、精確度不高，建議采購時直接對接儀器廠商，并提出具體精度要求。

第三，高中化學教師對該技術的運用度不高。大部分教師仍習慣于傳統的化學教學方式，對信息技術的運用停留在圖片展示、視頻引入、PPT播放等淺層次，忽略對數字化手持技術的研究和使用。建議加強對高中化學教師的數字化手持技術設備使用培訓，并在人才庫、資源庫建設方面投入更多資金，讓新實驗儀器能更好地為教師所用。

二、數字化手持技術與高中化學教學融合的優點

數字化手持技術是一種現代化、高效、便捷的實驗技術，將其與高中化學教學相融合，不僅能滿足新課改中對探究性實驗的要求，還能為學生提供一種創新且高效的實驗學習途徑，同時推動教學模式的革新，為教育改革注入新的活力。這種融合的一些優點是傳統實驗方式無法比擬的，這些優點有助于提高教學質量和學生的學習效果。

（一）實驗更加現代化、簡易化

數字化手持技術實驗不局限于實驗室，可以隨時隨地開展，突破了傳統實驗在時間和地點上的限制。數字化實驗設備能夠將實驗數據以表格、圖像等直觀形式展示，便于學生觀察與分析實驗結果，提升實驗的準確性和效率。相比傳統實驗，數字化實驗設備操作簡便，易于掌握，能實時記錄和分析數據，減少實驗誤差，提高成功率。

在傳統的化學實驗教學中，針對現象不明顯、過程不明朗、耗時長、會產生有毒或有害物質的實驗，教師只能通過口頭描述或播放視頻的方式進行教學，而運用數字化手持技術則可以讓學生更加直觀地觀察實驗現象，提高學習的趣味性，激發學生的探究欲望。學生不僅能夠觀察實驗的過程和結果，還能夠利用實驗數據了解其中包含的化學原理。

（二）幫助學生建立微觀概念

化學是研究分子及類分子的科學，宏觀看現象、微觀找原因，宏微結合是學習化學的重要方法。如在講授“物質結構與性質”課程時，很多抽象的化學概念無法用宏觀實驗現象進行說明，學生很難理解其原理。然而，借助數字化手持技術可以讓學生通過簡單的實驗操作，清晰直觀地看到實驗圖像的變化，從而分析物質內部微粒間的相互作用，感受物質的變化過程。例如，在探究影響分子間作用力大小因素時，利用溫度傳感器分別測量正丁醇、正丙醇、乙醇、甲醇4種醇揮發時的溫度。學生可以根據曲線清晰地看到不同醇揮發時溫度的變化情況，從而得出：組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越大，克服分子間引力使物質氣化所需的能量越多，熔沸點越高，而能形成分子間氫鍵的熔沸點更高。通過數字化手持技術實驗，實現了從抽象到直觀、從靜態到動態、從無形到有形的轉換，這增強了學習的趣味性，更便于學生理解、強化記憶。

（三）助推學生成為課堂主體

數字化手持技術可提供實時、精準的數據分析。在化學實驗過程中，學生可運用數字化手持技術設備迅速獲取實驗數據，并通過相關軟件進行實時分析，這不僅能提升實驗效率，更有助于學生深入理解實驗原理及化學規律。在傳統實驗教學中，學生往往只是通過肉眼觀察實驗現象，難以直觀地認識化學反應的微觀過程，而數字化手持技術將實驗現象以數字化方式呈現，便于學生在直觀感受的基礎上進一步探索化學原理。同時，也便于教師獲取學生輸出的信息，隨時了解學生的實驗情況，從而促成課堂中信息的多向交流，真正實現師生互動、生生互動，使學生成為課堂的主體。

三、數字化手持技術與高中化學教學的融合探究

將數字化手持技術引入高中化學實驗教學，實現二者的有機結合，旨在改變學生的實驗學習方式，從而優化教學過程、強化定量分析、減少實驗誤差，進而有效發展學生主動構建知識體系的能力，提升學生科學素養。

（一）通過“術”“學”融合，優化實驗教學

隨著科學技術的日益發展，數字化手持技術在化學實驗領域得到了廣泛應用。在傳統的溶液配制過程中，學生需利用滴定管、移液管等工具，操作過程中極易產生誤差。而手持儀器如pH計、溶解氧儀等，能夠實時監測溶液的pH值、溶解氧含量，助力學生更加精確地配制溶液。學生還可運用手持光譜儀或色譜儀，快速對樣品進行定性分析，辨別物質的組成及性質。利用手持氣體傳感器，學生可實時檢測氣態化學物質，從而提升實驗的安全性和舒適度。

數字化手持技術能實時監控實驗過程中的各項參數，如溫度、壓力等，有助于實驗者發現異常情況并及時處置，確保實驗安全。若實驗過程中出現安全問題，可通過數字化手持技術設備立即啟動緊急停止程序，確保實驗安全。教師可利用數字化手持技術設備進行實驗演示，讓學生更直觀地觀察實驗現象，提高教學效果。學生可通過數字化手持技術設備與同伴分享實驗數據和結果，促進團隊合作與交流，提升實驗素養。總之，數字化手持技術為化學實驗教學注入了新的活力，豐富了實驗教學手段，提升了實驗準確性和安全性，激發了學生學習興趣。

此外，實際教學中教師應致力于通過簡便易操作的實驗方法為學生營造開放式的學習環境，以提升他們自主探究的能力。例如，在“鈉及其化合物”一課中，教材要求學生驗證Na2CO3和NaHCO3溶液堿性的強弱，以及探究Na2CO3和NaHCO3溶于水的放熱情況。學生可以向等濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加等量酚酞，判斷兩種溶液堿性的強弱，實驗現象較明顯。但在Na2CO3和NaHCO3溶于水的放熱實驗中，因為熱量變化微弱，肉眼難以觀察到，易導致實驗失敗。對此，運用溫度傳感器可直接呈現數據變化情況，使學生直觀地感受物質溶于水的熱量變化。數字化手持技術準確地呈現實驗數據，不僅能夠加深學生對所學知識的理解，還能夠培育學生的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養。

（二）通過“術”“學”融合，強化定量分析

高中化學教學一直圍繞“分析現象與得出結論”展開探究，而疏于對現象與結論深層次的關聯研究，致使學生對化學的理解處于“只見樹木不見森林”的層面，難以做到靈活運用。我們可以借助數字化手持技術實現定性研究與定量分析的有機融合，促使學生實現宏觀辨識，并從微觀切入觀察，更準確、更客觀、更科學地解讀各項結論，引領學生走向深度學習。“影響化學平衡的外界因素”是高中化學的重點教學內容，如壓強對NO2的雙聚平衡的影響：隨著壓強的增大，反應向生成四氧化二氮的方向進行，透光率降低；而在較低壓強下，反應向生成二氧化氮的方向進行，透光率升高。通過測量透光率的變化，學生能夠更加直觀和精確地探究壓強對NO2雙聚平衡的影響，這種方法不僅操作簡便，而且能夠獲得更可靠的結果。

又如，利用硫代硫酸鈉與硫酸反應出現沉淀的快慢來判斷外界條件對反應速率的影響時，由于人眼視覺具有較強的主觀性，故通過肉眼來觀察判斷存在一定的誤差。而利用數字化手持技術探究“相同濃度硫代硫酸鈉與不同濃度稀硫酸的反應”時，通過光電色度計采集反應體系中的透光率數據，繪制隨時間變化的透光率曲線圖，能直觀地呈現出濃度對反應速率的影響。

再如，利用數字化手持技術監測二氧化碳與水反應過程中的pH、二氧化碳濃度的變化，可揭示壓強對反應速率的影響。通過精確的數據，學生更易于理解：對于有氣體參與的反應，壓強會影響濃度，從而影響反應速率。利用數字化手持技術還可定量探究、比較同濃度氯化鐵和氯化銅對過氧化氫催化分解的影響效果。借助數字化手持技術，可以將傳統的定性實驗改成定量實驗，這樣既能在教學過程中無形滲透并發展控制變量法的學科思維方法，同時還能使實驗具有更強的說服力，有利于提升學生的數據處理能力和定量分析能力，培養學生嚴謹求實的科學態度。

（三）通過“術”“學”融合，減少實驗誤差

通過人的感官分析實驗現象、判斷實驗結果，容易造成誤差，而數字化手持技術能夠很好地解決這一問題。在氧化還原反應實驗中，學生以往需通過觀察顏色變化來判斷反應進度，但此方法易受人為及環境因素影響，導致實驗結果的可靠性較低。引入數字化手持技術設備，如電化學傳感器、光譜分析儀等，能實時監測反應過程中的電化學信號變化，從而精確判斷反應進度，減少實驗誤差。在物質性質實驗中，學生通常通過肉眼觀察實驗現象來判斷物質性質，但這種方法受實驗條件、觀察角度等因素影響，使得實驗結果的可靠性不高。數字化手持技術設備，如紅外光譜儀、拉曼光譜儀等，能實時測量物質的光譜特性，從而準確判斷物質性質。此外，這些數字化實驗設備還具備存儲及對比不同物質譜圖的功能，有助于學生深入理解物質性質。

例如，傳統的酸堿中和滴定實驗以滴定管和指示劑為主要工具，但由于滴定管的操作較為復雜，指示劑變色范圍廣，并不容易掌握，無疑增加了實驗失誤率。而且由于人體辨識度的差異，容易導致實驗結果出現誤差。教師可以運用滴定儀和電導率傳感器來優化實驗過程，提高實驗的準確性和效率。基于電導率曲線的變化情況，可準確地確定滴定終點，實驗結果更加可靠。

依托數字化手持技術顯化實驗過程，可以幫助學生捕捉關鍵節點，對實驗原理形成深刻的認知。此外，實驗方法的創新有助于打破學生的思維定式，讓學生學會多角度思考問題，激發學生的創新欲望，擺脫“拿來主義”學習思維，更積極主動地探索更為簡單易操作的實驗方法，促進思維能力的進一步發展。

（四）通過“術”“學”融合，強化學生學習能力和動手能力

高中化學課堂教學不僅僅是知識的傳授，更是對學生自主學習能力和動手能力的培養。因此，教師要擺脫過度依賴教材和教學參考書的教學模式，轉向根據化學課程的內在規律以及學生的認知特點來設計教學。數字化手持技術的應用為教師提供了新的教學工具和手段。通過運用數字化手持技術，教師可以構建一個更為直觀和互動的學習環境，幫助學生更好地理解化學知識。這種技術不僅有助于學生了解、辨識、表述化學知識，還能幫助他們進行實驗操作、分析和決策，從而在實踐中培養他們的學習能力和動手能力。

在一些實驗環節中，數字化手持技術發揮了不可替代的作用。例如，在實驗物質具有危險性時，傳統的教學方式無法讓學生親自動手操作，而數字化手持技術則可以模擬實驗過程，讓學生在安全的環境中學習和實踐。這種教學方式不僅可以避免危險，還能讓學生更深入地理解實驗原理，提高他們的實驗技能。如在“酚類與醇類”的教學中，教師將這兩種物質進行對比分析，讓學生觀察它們的結構與性質之間的關系。由于酚類的代表物質苯酚有毒，不適合用于學生實驗，但學生可以利用虛擬現實技術（VR）模擬測量苯酚的密度、熔點、沸點等物理性質，還可以模擬化學反應，并通過無線網絡將數據傳輸至計算機進行分析。模擬實驗能幫助學生理解知識，把握原理。這樣，學生不僅能夠掌握酚類的基本性質和實際應用，還能理解它與其他有機物之間的轉化關系。

綜上所述，數字化手持技術和高中化學教學相融合，是提高學生化學學科素養，培養學生探究能力、數據處理能力、分析解決問題能力的有效途徑。只有不斷優化教學資源、提升教師專業素養、完善實驗教學體系、加強硬件設施建設及注重學生創新能力培養，才能真正實現數字化手持技術在高中化學教學中的應用價值，進一步推動我國高中化學教育的發展。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 鄧峰，錢揚義，鐘映雪，等.基于手持技術環境的化學研究性學習例析：影響氯化鐵水解條件的探究［J］.化學教育，2009（11）：24-27.

［2］? 王春，劉洋，孫文利，等.手持技術支持下弱電解質電離平衡影響因素的研究［J］.教育與裝備研究，2017（3）：76-78.

［3］? 鄭曉紅，利用手持技術探究難溶電解質的溶解平衡［J］.中學化學教學參考，2016（9）：56-57.

［4］? 劉婷，林鴻錦，錢揚義，等.應用數字化手持技術實驗探究“濃度對化學反應速率影響”的教學實踐［J］.中學化學教學參考，2012（8）：10-13.

［5］? 劉曉華.中學生運用手持技術解決化學定量問題的實驗研究：下［J］.化學教育，2006（6）：52-53，57．

［6］? 郭貞貞. 高中化學教學中課堂提問的有效性及思考［J］. 亞太教育，2021（24）：131-133.

（責任編輯? ? 羅? ? 艷）