導(dǎo)語：數(shù)字化手持技術(shù)在高中化學(xué)的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：主要介紹了數(shù)字化手持技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，并通過金屬的電化學(xué)腐蝕與防護、酸堿中和滴定兩個案例，證明了數(shù)字化手持技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)實踐有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，是培養(yǎng)學(xué)生未來發(fā)展必備的品格和關(guān)鍵能力。數(shù)字化手持技術(shù)和傳統(tǒng)教法的有機融合，可以突破教學(xué)難點，幫助學(xué)生理解，使復(fù)雜的問題簡單化、定性的問題定量化、模糊的問題清晰化。結(jié)合永川區(qū)智慧教育平臺等信息技術(shù)現(xiàn)有設(shè)施分析了數(shù)字化手持技術(shù)在永川中學(xué)校推廣應(yīng)用的前景。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化手持技術(shù)；化學(xué)教學(xué)；信息技術(shù)；實驗探究

現(xiàn)在的高中化學(xué)課堂由于受課時和教學(xué)條件的影響，實驗越來越少，學(xué)生習(xí)慣于“聽”化學(xué)實驗，直接背誦化學(xué)實驗的現(xiàn)象和條件，在題海中學(xué)習(xí)化學(xué)實驗，逐漸脫離了化學(xué)實驗教學(xué)的本質(zhì)。沿海和東部發(fā)達地區(qū)的老師為了解決這一困擾高中化學(xué)教學(xué)的難題，已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了課堂教育信息化，在課堂上充分使用以數(shù)字化手持技術(shù)為代表的一系列新型教育手段，教學(xué)效果顯著?？茖W(xué)實驗與技術(shù)的發(fā)展和進步是密切相關(guān)的，數(shù)字化手持技術(shù)實驗作為一種現(xiàn)代化新型教育手段，具有實時性、準(zhǔn)確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點，已成為當(dāng)今科學(xué)實驗探究與課堂教學(xué)最有力的教學(xué)工具。如何充分發(fā)揮數(shù)字化手持技術(shù)實驗的技術(shù)優(yōu)勢，將其作為輔助學(xué)生學(xué)習(xí)高中化學(xué)強有力的工具，也是一個值得深思與探討的問題。

1數(shù)字化手持技術(shù)

數(shù)字化手持技術(shù)是一種便攜實驗技術(shù)，是由數(shù)據(jù)收集器、探頭以及相關(guān)軟件組成的一體化技術(shù)，用于數(shù)據(jù)的收集與分析。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)能夠與電腦聯(lián)網(wǎng)處理信息，該系統(tǒng)能夠定量收集溫度、pH、電導(dǎo)率、色度、壓強、氧氣濃度（包括溶解氧）、二氧化碳濃度以及多種離子濃度等數(shù)據(jù)，并以曲線形式呈現(xiàn)在電腦上[1]。數(shù)字化手持技術(shù)實驗在我國基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用和研究起步較晚，約在20世紀(jì)90年代進入我國，最初應(yīng)用于物理教學(xué)中，隨后被引入到化學(xué)等其他學(xué)科教學(xué)中[2]。

2數(shù)字化手持技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實例

在實際教學(xué)過程中，很多教師都使用了數(shù)字化手持技術(shù)，取得了良好的效果。2.1應(yīng)用于金屬的電化學(xué)腐蝕實驗。金屬的電化學(xué)腐蝕實驗選自人教版高中選修4第四章第四節(jié)。金屬的電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種情況，其本質(zhì)都是將金屬與電解質(zhì)溶液直接接觸并在金屬表面形成無數(shù)個微小的鐵碳原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕形成條件和反應(yīng)機理是電化學(xué)學(xué)習(xí)的重難點。其中，腐蝕類型的判斷和吸氧腐蝕原理模型的構(gòu)建對學(xué)生來說尤其困難。為了解決這個教學(xué)上的重難點，教材第84頁“實驗4-3”對金屬的吸氧腐蝕實驗進行了演示探究，但教師在課堂實際操作中，往往會因所取鐵粉和碳粉的質(zhì)量比錯誤、所配制的電解質(zhì)濃度大小不合適、反應(yīng)物和產(chǎn)物的量太少、反應(yīng)速率低等原因而使實驗現(xiàn)象不明顯、實驗重復(fù)性不強、演示功能減弱。尤其是在吸氧腐蝕的實驗中不能直觀、明確地展現(xiàn)出是氧氣參與了反應(yīng)，反應(yīng)后溶液中有堿生成，給學(xué)生從本質(zhì)上理解金屬的吸氧腐蝕造成了很大的困難。為了解決以上問題，可以利用手持技術(shù)對金屬的電化學(xué)腐蝕實驗進行改進和補充，幫助學(xué)生正確理解析氫腐蝕與吸氧腐蝕的概念，解決學(xué)生的迷思概念問題[3]。連接好裝置后，接入數(shù)字化手持設(shè)備（見圖1），實時監(jiān)測反應(yīng)過程中裝置內(nèi)的氧氣含量、反應(yīng)溫度、溶液的pH等數(shù)據(jù)。經(jīng)過一段時間的反應(yīng)，可以通過電腦在實驗過程中繪制圖像，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中氧氣含量減少，說明氧氣參與了反應(yīng)；溶液的pH上升，說明反應(yīng)生成了堿。調(diào)整反應(yīng)條件，利用氧氣傳感器和壓強傳感器可便捷地測定實驗過程中氧氣濃度和壓強的微弱變化以及吸氧腐蝕中溶液pH的變化，明確提出金屬鐵的電化學(xué)腐蝕是一個緩慢的氧化過程。鋼鐵在堿性或中性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕；在酸性環(huán)境下有析氫腐蝕，也有吸氧腐蝕。如果酸性較強，則以析氫腐蝕為主；如果酸性較弱，則以吸氧腐蝕為主；如果酸性不是太強或太弱，則二者都在進行。酸性或堿性環(huán)境下的吸氧腐蝕比中性環(huán)境下的吸氧腐蝕稍快，這主要是因為亞鐵離子的產(chǎn)生會加快吸氧腐蝕[4]。2.2應(yīng)用于酸堿中和滴定實驗。酸堿中和滴定實驗是一個對實驗操作和數(shù)據(jù)處理要求都比較高的實驗。在酸堿中和滴定實驗中，用已知濃度的酸或堿滴定未知濃度的堿或酸，然后，利用濃度計算公式，根據(jù)已知濃度的酸或堿的體積，求出需要測定的未知的堿或酸的濃度。教師在課堂實驗演示中往往會將一些指示劑提前加入到待測溶液中，以此來確定滴定的終點。但教師在實際的操作過程中，往往會因為各種原因造成較大的實驗偏差，觀察不到滴定突變等現(xiàn)象，使教學(xué)非常抽象。這時，如果使用數(shù)字化手持技術(shù)，通過探頭實時監(jiān)測溶液的酸堿性，經(jīng)過電腦對數(shù)據(jù)的計算和處理，可以得到實時滴定曲線，滴定曲線的變化直觀地顯示了滴定突躍等現(xiàn)象，便于直觀、清晰地了解并掌握酸堿中和滴定實驗過程中溶液酸堿性的變化，并在滴定終點自動計算出待測溶液的濃度，避免了教師的無謂講解。酸堿中和滴定實驗中采用的數(shù)據(jù)采集器與電導(dǎo)率傳感器，除上述應(yīng)用之外，還有許多其他用途。（1）水質(zhì)分析。純水的主要雜質(zhì)為一些可溶性的無機鹽，其在水中主要以離子的形態(tài)存在，故可通過測定水的電導(dǎo)率來測定水的純度，以電導(dǎo)率作為水質(zhì)分析的理化指標(biāo)之一。利用這種方法可測定市售的純凈水、蒸餾水、礦泉水和自來水的水質(zhì)純度。（2）大氣監(jiān)測。大氣中的SO2、H2S、CO2、HCl和NH3等氣體可用吸收液吸收。根據(jù)吸收氣體前后吸收溶液電導(dǎo)率的變化，可以測定上述氣體的含量。（3）工業(yè)流程控制。（4）電導(dǎo)滴定。主要用于滴定極弱的酸或堿，如硼酸、苯酚和氨水等[5]。

3數(shù)字化手持技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)中的作用

接入數(shù)字化手持設(shè)備有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的能力。利用數(shù)字化手持技術(shù)可以把以前無法展示的微觀圖像和化學(xué)結(jié)構(gòu)更加直觀地展現(xiàn)出來，也能通過對實驗數(shù)據(jù)處理所形成的圖像，更好地向?qū)W生展示化學(xué)反應(yīng)中的變化觀念與平衡思想。學(xué)生在利用數(shù)字化手持技術(shù)進行實驗設(shè)計時，首先需要進行合理的猜想和預(yù)測，制定實驗方案，選取傳感設(shè)備對反應(yīng)進行測量，明確需要采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，設(shè)定計算公式，再實施實驗探究活動。在實驗的過程中，學(xué)生還要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線動態(tài)變化對實驗進行監(jiān)察和調(diào)節(jié)，這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。同時，利用數(shù)字化手持技術(shù)，老師也能更好地在課堂上展現(xiàn)“四重表征”。老師在實驗前可以先要求學(xué)生預(yù)測曲線，展現(xiàn)學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維狀態(tài)，然后，老師可以按照“宏觀表征→符號表征→微觀表征→符號表征→曲線表征”的順序重新生成認(rèn)知發(fā)展路徑，從而引導(dǎo)學(xué)生進行“四重表征”間的相互轉(zhuǎn)換。尤其在一些復(fù)雜實驗中，由于反應(yīng)過程太過復(fù)雜，反應(yīng)機理對學(xué)生來說又太過抽象，不利于學(xué)生理解和掌握反應(yīng)的實質(zhì)和實驗現(xiàn)象背后的原理。這時如果使用數(shù)字化手持技術(shù)實驗，學(xué)生可以多角度地感受實驗的現(xiàn)象及其背后的本質(zhì)，就好像為學(xué)生提供認(rèn)知和學(xué)習(xí)的腳手架，使教師有序、系統(tǒng)地協(xié)助學(xué)生建構(gòu)與實驗相關(guān)的化學(xué)原理，讓學(xué)生更直觀地感受反應(yīng)的現(xiàn)象和結(jié)果，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

4數(shù)字化手持技術(shù)在永川地區(qū)的使用前景

目前，永川區(qū)共有7所高中，均已具備良好的實驗條件和設(shè)施，并已搭建、應(yīng)用了永川區(qū)智慧教育平臺。因此，永川區(qū)高中學(xué)校現(xiàn)代化教育設(shè)施設(shè)備比較齊全，教育信息化的水平較高，具備使用數(shù)字化手持技術(shù)的基礎(chǔ)。在學(xué)?，F(xiàn)有設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)上，給每個高中學(xué)校購置幾套數(shù)字化手持設(shè)備，使其與現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備有機結(jié)合，滿足高中化學(xué)教學(xué)大部分的需求。恰逢新高考改革這一契機，相信很快就能產(chǎn)生顯著的效果，因此，數(shù)字化手持技術(shù)在普通高中的推廣和使用十分必要。

[參考文獻]

[1]朱慶，錢楊義，麥裕華.化學(xué)教師對手持技術(shù)數(shù)字化實驗應(yīng)用的態(tài)度調(diào)查[J].化學(xué)教學(xué)，2019（10）：13-19.

[2]陳琛，姚如富，邵忠德，等.數(shù)字化手持技術(shù)實驗在高中化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].化學(xué)教育，2015，36（1）：29-33.

[3]孫慧玲，靳瑩，霍愛新.基于手持技術(shù)的金屬電化學(xué)腐蝕實驗改進[J].化學(xué)教學(xué)，2014（3）：52-54.[4]唐敏.實驗探究鋼鐵的腐蝕[J].化學(xué)教育，2011（6）：58-59.

[5]鄧峰，錢揚義，林耿勉.手持技術(shù)在酸堿滴定中的應(yīng)用研究[J].教學(xué)儀器與實驗，2007（1）：12-14.

作者:侯之光 單位:重慶市永川中學(xué)校