数字化手持技术在高中化学教学中的应用

谢云龙

摘要：“手持技术数字化实验”又称“掌上技术”，由数据采集器、传感器和配套软件组成，是通过定量采集数据与计算机连接的数字化化学实验技术系统。与传统实验相比，手持技术数字化实验具备便携、实时、准确、综合、直观等特点。传统实验主要通过实验现象定性分析得出结论，而手持技术数字化实验主要通过采集数据、分析数据定量推理得出结论，有助于发展学生的定量思维以及证据推理能力。

关键词：高中化学;手持技术;定量分析;实际教学应用

引言

化学是一门以实验为基础的学科，传统实验存在一定的弊端，大多能够做到定性，定量的实验较少，手持技术因其直观、便捷、准确、实时特点，从2003年以来受到大量的关注，利用手持技术进行化学教学推动了中学化教学的改革。基于化学学科核心素下将手持技术应用到中学化学教学中，它不仅可以培养学生的化学学科核心养，而且可以利用手持技术的优势准确实时地得到实验数据并将实验数据科学处理，让学生体验科学探究的过程，提高学生科学研究的能力，将原理性知识进转化。

一、手持技术的基本组成和基本原理

手持技术主要由传感器、数据采集器、软件和计算机四个部分组成。传感器：能把可识别的各种物理量转化为可用输出信号的装置。传感器是手持技术的核心部件。化学实验中常用的传感器有：pH传感器、电导率传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、不锈钢温度传感器、色度传感器、滴数传感器等。数据采集器：实验过程中的物理信号转变为数字信号、模拟信号输出，全程跟踪实验过程中的数据变化并以多种形式显示实验结果的装置。软件：用于控制数据采集的计算机程序。计算机：将数据采集器输入的信号，通过应用软件进行分析处理，并以多种形式实时显示在计算机的屏幕上。手持技术的基本原理：通过传感器对物理量进行识别，然后将物理量转换成电信号，再通过数据采集器和配套软件将这些电信号转换成数字，并以数字图组合的方式显示在计算机屏幕上。

二、手持技术的有效使用

依据反应特点选择传感器，并不意味一定可以得到有效的证据。实验者需要分析如何利用传感器得到有效的数据。H2O2分解反应过程中放热较多，据实验测算，0.6%H2O2溶液（以MnO2为催化剂）20s时温度可由24.5℃上升到48.6℃。若以此反应来探究浓度对化学反应速率的影响，由于同时有温度与浓度的变化，得到的证据无法有效用于推理。探究浓度对化学反应速率影响时，选用氧气传感器比温度傳感器得到的数据更具有说服力。Na2S2O3与H2SO4反应过程中有SO2生成，从理论上讲可以使用SO2传感器进行测定，但由于SO2具有溶解性，如照此实验几乎看不到有气体冒出，也得不到有效数据。随着反应的进行，H2SO4中c（H+）减小。理论上讲可以用pH传感器测量反应过程中c（H+）的变化，但因反应有SO2溶在水中，有H+电离出来，故c（H+）变化不唯一，得到的数据也不是有效的。选用色度计做实验得到的结果更准确。

三、教学成果实施效果好、实施评价高

本教学成果培养了一大批适应基础教育改革发展和教育信息化建设需要的高水平中小学信息技术化学教学的师资。手持技术能够直观地呈现出变量变化的趋势，以定量的形式得到实验数据，通过实验数据得到曲线，从曲线来分析反应过程中变化的本质。以宏观—观—符号—曲线的方式来理解原理性知识，在过程中能够间接地培养学生的化学科核心素养。例如，运用手持技术探究电离平衡的影响因素这节课中，加入酸铵可以看到醋酸的pH逐渐增大最后趋于不变，可以促进学生“变化观念与平衡思想”的化学学科核心素养的发展。通过对学生化学学科核心素养的前测和测发现，实验班学生的化学学科核心素养水平明显提高，说明手持技术能够更地培养学生的化学学科核心素养。通过对弱电解质的电离、盐类的水解、难溶解质的溶解平衡的测试卷分析，看出实验班学生的成绩明显高于对照班，特别是中等或中等偏上题目的理上，实验班与对照班的差距明显，这说明使用手持技术能够更好地理解水溶液的离子平衡的知识。对学生进行访谈，可以看出学生能够接受手持技术，手持术激发了学生学习的兴趣，课堂气氛更好了，从教师为主体往学生为主体转换，激发了学的学习积极性，从而学习成绩有所提高。手持技术数字化化学实验的教学价值获得一线教师的普遍认可。不少一线教师能自主利用手持技术数字化化学实验教学资源，引导学生开展基于手持技术数字化化学实验的科学探究活动，并将其运用于课堂教学实践中，与本团队共同开发行之有效的创新教学案例。

结束语

应用手持技术进行教学对学生的成绩和化学学科核心素养都有影响，手持技术与传统实验相比有更多的优点，对于已经引进手持技术的学校，化学教们应该去学习它的原理，学习如何操作，并将其作为实验教学的辅助工具，两结合起来，发挥各自的优势，更好地教学。

参考文献：

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