基于手持技術(shù)的“離子反應(yīng)”課堂教學(xué)研究

文 黃穎潔

(黃穎潔，本科，一級教師，江蘇省南京市第十三中學(xué)， 210008)

一、“手持技術(shù)”在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

“手持技術(shù)”又叫做“掌上技術(shù)”，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成，與圖形計算器等設(shè)備相連接，能定量采集數(shù)據(jù)并以多媒體形式展示的一項新型實驗技術(shù)。

新課程標準實施以來，要求學(xué)生能通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動學(xué)習(xí)化學(xué)，將化學(xué)學(xué)習(xí)融入有關(guān)的社會現(xiàn)象和解決具體社會問題之中，引導(dǎo)學(xué)生在社會背景中學(xué)習(xí)化學(xué)，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生有更多機會經(jīng)歷和體驗科學(xué)探究過程，促使學(xué)生積極主動獲取化學(xué)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。

因此，相較于傳統(tǒng)的教師課堂演示實驗，手持技術(shù)實驗更能展現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)中 “量”的變化和不易觀察的“微觀實質(zhì)”。但是由于設(shè)備的普及率較低，在我國將“手持技術(shù)”整合于高中常規(guī)課堂教學(xué)的實踐相對較少?；诖耍P者結(jié)合教學(xué)研究中的一些體會，選取“離子反應(yīng)”作為教學(xué)內(nèi)容，探討手持技術(shù)對學(xué)生理解離子反應(yīng)實質(zhì)的幫助。

二、“離子反應(yīng)”在化學(xué)教學(xué)中的難點

“離子反應(yīng)”是人教版教材必修一第二章第二節(jié)的內(nèi)容，在初中化學(xué)反應(yīng)的分類基礎(chǔ)上，高中以反應(yīng)中是否有離子參加來劃分離子反應(yīng)及非離子反應(yīng)。離子反應(yīng)不僅是化學(xué)學(xué)科中重要的基礎(chǔ)知識，而且因其內(nèi)容抽象，也是高中化學(xué)教學(xué)中的重點和難點之一。

在初中，學(xué)生已做過溶液導(dǎo)電性實驗，因此本節(jié)課首先以電解質(zhì)概念的介紹為基礎(chǔ)，輔以電解質(zhì)電離方程式的書寫。教師提出新問題：電解質(zhì)為什么可以電離？離子反應(yīng)的本質(zhì)是什么？在我們?nèi)庋劭床灰姷娜芤簝?nèi)部，究竟發(fā)生了怎樣的反應(yīng)才導(dǎo)致了溶液導(dǎo)電性的變化？為什么有的反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，卻可以判斷其發(fā)生？

為了更好地化抽象為具體，加強化學(xué)知識的綜合利用，在教學(xué)中，對離子反應(yīng)概念及發(fā)生條件的認識需利用實驗以更加科學(xué)的方式展現(xiàn)。將實驗與學(xué)生的討論緊密結(jié)合，加深學(xué)科思維深度，促進學(xué)生對所學(xué)知識的理解及運用。而離子方程式是離子反應(yīng)的表達方法，學(xué)生只有通過實驗準確地認識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件才能準確書寫，并基于此了解常見離子的檢驗方法。

三、“離子反應(yīng)”課堂教學(xué)的相關(guān)實驗研究

1.利用pH傳感器測鹽酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)過程中pH變化

(1)實驗設(shè)計

傳統(tǒng)的酸堿中和滴定實驗，是依據(jù)酸堿指示劑變色判斷滴定終點。學(xué)生雖能看到明顯現(xiàn)象，但并不清楚現(xiàn)象背后的反應(yīng)實質(zhì)。而基于教師手持技術(shù)的實驗，利用計算機進行實時數(shù)據(jù)處理，溶液中氫離子濃度在不斷改變，體現(xiàn)在pH值的數(shù)據(jù)變化上，依據(jù)曲線上的突變來判斷滴定終點，為學(xué)生用肉眼觀測中和滴定過程中的細微變化提供了技術(shù)條件，從而更清晰地理解中和滴定的實質(zhì)就是H++OH-= H2O。向溶液中滴加堿或酸，混合溶液pH值必然會發(fā)生變化。使用pH值傳感器檢測混合溶液在滴定過程中pH值的變化情況，并借助計算機投影最終以圖像形式顯示出來，即可將“看不見”的酸堿中和的離子反應(yīng)變?yōu)椤翱吹靡姟?，化“無形”為“有形”。

(2)實驗用品

儀器：多媒體計算機、數(shù)據(jù)采集器、pH 傳感器、磁力攪拌器、酸式滴定管(50 mL)、堿式滴定管(50 mL)、燒杯(100 mL)

藥品：鹽酸(0.5 mol/L)、NaOH溶液(1 mol/L)

(3)實驗步驟

以堿式滴定管量取20.00 mL 1mol/LNaOH溶液于100 mL小燒杯中，搭好實驗裝置，打開磁力攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌速度。打開數(shù)據(jù)采集器，將pH傳感器連接至數(shù)據(jù)采集器，在專用程序中設(shè)置數(shù)據(jù)采集器采集頻率、采集樣本總數(shù)。打開酸式滴定管，開始滴定，滴定過程保持勻速。在數(shù)據(jù)采集軟件中得到變化曲線，指導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)果。

(4)實驗記錄

通過實驗操作，得到如圖1所示曲線，其中橫坐標是時間，縱坐標是pH值。

(5)實驗小結(jié)

本次實驗利用pH傳感器，運用手持技術(shù)，研究了酸堿中和滴定過程中pH值的變化趨勢。酸堿反應(yīng)雖然在不加指示劑的情況下看不到明顯的實驗現(xiàn)象，但是通過數(shù)字化pH值的測定，也可以使得離子反應(yīng)“看得見”，更好地揭示了酸堿中和的實質(zhì)，同時對日后深入研究酸堿中和滴定曲線的教學(xué)起了良好鋪墊作用。

同時，對本次實驗圖像中的不順滑曲線進一步審視，學(xué)生也意識到在離子反應(yīng)過程中，充分接觸、充分混合對某一特定點數(shù)據(jù)的測定具有決定性影響，可以嘗試分析各種數(shù)據(jù)背后可能出現(xiàn)的內(nèi)外因。

2.利用pH傳感器結(jié)合數(shù)字化實驗設(shè)備演示無水醋酸鈉固體加入鹽酸溶液中，觀察pH值變化

實驗儀器、步驟同上。

藥品：無水醋酸鈉固體、鹽酸(0.05 mol/L)

醋酸鈉和鹽酸的反應(yīng)中并沒有生成沉淀、氣體水，這個化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生嗎？教學(xué)中學(xué)生通過手持技術(shù)演示實驗，觀察到鹽酸的pH值在加入無水醋酸鈉固體后明顯增大(如圖2所示)，判斷已發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在這個反應(yīng)過程中，生成了難電離的弱電解質(zhì)醋酸，離子的物質(zhì)的量明顯減少，揭示了離子反應(yīng)的本質(zhì)是使反應(yīng)趨于離子濃度減少的方向，小小的演示實驗卻大大提升了學(xué)生的思維品質(zhì)。

圖2

四、反思總結(jié)

“離子反應(yīng)”這個主題的相關(guān)內(nèi)容均是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重點和難點，也是各類考試中的重要考點，在解決這一問題時，筆者力圖通過實驗“轉(zhuǎn)定性為定量，化抽象為直觀”。 根據(jù)課堂教學(xué)研究，筆者發(fā)現(xiàn)手持技術(shù)的介入能夠較好地輔助學(xué)生更為高效地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，還能讓學(xué)生輕松體驗科學(xué)實驗中的真實情境，尤其是數(shù)據(jù)與圖形的結(jié)合，更是給學(xué)生們留下深刻的印象。手持技術(shù)為學(xué)生將來能更好地主動“學(xué)”、動手“做”添磚加瓦，學(xué)生在體會高新科技的獨特魅力的同時，也知道了可以利用信息技術(shù)來解決化學(xué)實驗中的實際問題，增強了對探究科學(xué)的好奇心和求知欲。

手持技術(shù)在課堂教學(xué)中的普及將引領(lǐng)新課程的進一步展開，能讓學(xué)生更好地投入到嶄新的學(xué)習(xí)模式中，改變單一的傳統(tǒng)教學(xué)模式，最終為素質(zhì)教育服務(wù)。

[1]錢揚義.手持技術(shù)在理科實驗中的應(yīng)用研究[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]王磊,魏銳,范林.傳感技術(shù):化學(xué)實驗探究手冊[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2007.

[3]鄧峰,錢揚義,鐘映雪.基于手持技術(shù)環(huán)境的化學(xué)課堂教學(xué)例析:冰醋酸電離過程實質(zhì)的探究[J].化學(xué)教育,2009,30(1):35-37,65.