手持技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

張金倡

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在新課程改革背景下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性更加突出，要求我們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透學(xué)科思想，除了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀(guān)察能力、語(yǔ)言描述能力，還要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力和探索精神。但是對(duì)于課本中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，尤其是微觀(guān)問(wèn)題，如離子反應(yīng)、電離平衡、原電池原理等，在教學(xué)中往往由于時(shí)間問(wèn)題（比如酸堿中和滴定曲線(xiàn)的測(cè)定，測(cè)定次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)，教師在教學(xué)中常常將實(shí)驗(yàn)操作改為動(dòng)畫(huà)演示以縮短實(shí)驗(yàn)演示時(shí)間）或課堂實(shí)驗(yàn)條件的限制（現(xiàn)象不明顯等），對(duì)于一些理論性知識(shí)的講授常常先介紹結(jié)論，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論，這樣的教學(xué)過(guò)程顯得太灌輸式，沒(méi)有知識(shí)的形成過(guò)程，沒(méi)有體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)，印象常常不深刻，學(xué)生學(xué)習(xí)效果差，也不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。

手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)是近幾年逐漸普及的理科實(shí)驗(yàn)裝置，又稱(chēng)為“掌上實(shí)驗(yàn)室”。它主要由數(shù)據(jù)采集器和傳感器組成，通過(guò)傳感器去識(shí)別化學(xué)的物理量，再將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集器及軟件將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字，并以數(shù)、圖結(jié)合的方式呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的屏幕上。它便捷、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀(guān)、綜合性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能改進(jìn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)水平，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的困難。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，淺談手持技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

一、手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)將微觀(guān)問(wèn)題可視化

手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用有利于學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)有關(guān)壓強(qiáng)、電流、電壓、離子反應(yīng)等較抽

象的理論知識(shí)。離子反應(yīng)一向是學(xué)生的理解難點(diǎn)，要讓學(xué)生理解反應(yīng)的本質(zhì)是離子濃度的減少是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，所以有些離子反應(yīng)雖然無(wú)明顯現(xiàn)象，但仍然進(jìn)行。而學(xué)生往往只停留在初中階段復(fù)分解反應(yīng)的條件上（物質(zhì)間生成沉淀或氣體或水）。利用手持技術(shù)可以讓“無(wú)形”的現(xiàn)象變“有形”。例如將冰醋酸滴入鹽酸中并無(wú)明顯現(xiàn)象，但利用pH傳感器測(cè)定滴加過(guò)程中混合液的pH值，學(xué)生可以直觀(guān)地發(fā)現(xiàn)鹽酸的pH值不斷增大，進(jìn)而判斷兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了難電離的弱電解質(zhì)醋酸。

原電池原理也是學(xué)生實(shí)驗(yàn)理解的一大難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)中，先通過(guò)鋅銅原電池中鋅片溶解、銅片上產(chǎn)生氣泡的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象再去分析原電池的工作原理，講授中學(xué)生最大的理解障礙是電流如何形成。如果換成手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)，利用電流傳感器就可直接捕捉到電流的數(shù)據(jù)變化。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，手持技術(shù)的數(shù)據(jù)與圖像的結(jié)合更直觀(guān)、清晰地幫助學(xué)生建立抽象概念的形成過(guò)程。強(qiáng)、弱電解質(zhì)的電離情況、弱電解質(zhì)電離平衡的平衡建立、酸堿中和滴定曲線(xiàn)的測(cè)定（圖1）、溫度對(duì)氯化鐵水解平衡的影響（圖2）都可以很好地借助手持技術(shù)來(lái)提高實(shí)驗(yàn)效果。傳統(tǒng)酸堿中和滴定中主要采用酸堿指示劑來(lái)確定滴定終點(diǎn)，但往往因?yàn)橹甘緞┑牧堪盐詹划?dāng)或操作中滴定太快或過(guò)早等問(wèn)題而造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差，而手持技術(shù)無(wú)需酸堿指示劑就可直接測(cè)出滴定曲線(xiàn)。

二、手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)更高效便捷，體現(xiàn)綠色化學(xué)思想

例如測(cè)定補(bǔ)鈣劑中鈣的含量，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中鈣離子的檢查方法是先將鈣離子與沉淀劑如碳

酸根反應(yīng)生成碳酸鈣，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、烘干、稱(chēng)量，再根據(jù)相關(guān)計(jì)算得出補(bǔ)鈣劑中鈣的含量，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)、繁瑣，而利用手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的色度計(jì)便可快速測(cè)定并直接從電腦數(shù)據(jù)中得到補(bǔ)鈣劑中鈣的含量。再如不同的物質(zhì)在水中的溶解伴隨著不同的能量變化，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，分別將氫氧化鈉、氯化鈉、氯化銨溶于水，再用手感知或用水銀溫度計(jì)測(cè)定溫度變化，實(shí)驗(yàn)中需要用到比較多的實(shí)驗(yàn)藥品，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也較久，而手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)只需少量藥品就可達(dá)到理想的效果。

三、手持技術(shù)使實(shí)驗(yàn)更加綜合化，培養(yǎng)學(xué)生多角度觀(guān)察，提高定量研究能力

在完成課本實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，手持技術(shù)強(qiáng)大的多功能傳感器和數(shù)據(jù)分析軟件可以滿(mǎn)足多個(gè)變量之間的探究，為師生擴(kuò)寬實(shí)驗(yàn)范圍。這是傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的，例如pH法研究溫度對(duì)氯化鐵水解平衡的影響中，可以得到兩條曲線(xiàn)關(guān)系：時(shí)間-溫度曲線(xiàn)、時(shí)間-pH曲線(xiàn)（圖2）。

使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也關(guān)注數(shù)據(jù)分析，從而得到更深層的結(jié)論。在分析數(shù)據(jù)中，學(xué)生慢慢地對(duì)定量研究有更深層的理解，而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一般只關(guān)注定性研究（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）。學(xué)生在分析數(shù)據(jù)中，對(duì)圖像橫縱坐標(biāo)的意義、曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)將有更深入的理解，看懂抽象的圖、提取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)，在定性與定量之間轉(zhuǎn)變，大大提升學(xué)生的解題能力和分析問(wèn)題能力。

四、手持技術(shù)使探究性實(shí)驗(yàn)變得更加靈活，有助于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容由課本給定，而手持技術(shù)裝置的特點(diǎn)決定了它可以給學(xué)生提供自由探究的機(jī)會(huì)。學(xué)生基于手持技術(shù)的數(shù)字化、現(xiàn)代化特點(diǎn)，往往能激起學(xué)生無(wú)限的學(xué)習(xí)熱情與興趣。學(xué)生可將平時(shí)大膽的設(shè)想通過(guò)手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)付諸實(shí)踐，例如冬天班級(jí)因?yàn)殚T(mén)窗緊閉，大部分學(xué)生頭腦昏昏沉沉，學(xué)生會(huì)突發(fā)奇想通過(guò)測(cè)定教室內(nèi)課前、課后二氧化碳濃度，分析是不是二氧化碳濃度太高會(huì)影響人的狀態(tài)。該探究實(shí)驗(yàn)可行性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單快捷，對(duì)學(xué)生日常環(huán)境的觀(guān)察有了深入的觸動(dòng)，知道下課要注意通風(fēng)，呼吸新鮮的空氣。學(xué)生在簡(jiǎn)單的探究中可以將自己的疑問(wèn)付諸實(shí)踐、用所學(xué)知識(shí)指導(dǎo)研究學(xué)習(xí)，將理論與實(shí)際相結(jié)合，讓學(xué)生在探究中成長(zhǎng)。類(lèi)似的探究實(shí)驗(yàn)還有，牛奶的變質(zhì)時(shí)間是常溫6小時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)測(cè)牛奶的酸化判斷牛奶是否變質(zhì);我們身邊雨是不是酸雨、水樣的測(cè)定等。通過(guò)測(cè)定這些與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的實(shí)驗(yàn)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、合作探究能力，還能培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心我們的生活環(huán)境，提高環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任心。

手持技術(shù)在實(shí)際使用中也會(huì)有一定的問(wèn)題，比如儀器費(fèi)用較高，軟件使用需要培訓(xùn)等等，但它的應(yīng)用潛力是無(wú)限的，需要我們不斷地去研究和開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于手持技術(shù)的“離子反應(yīng)”課堂教學(xué)研究.

[2]高中化學(xué)手持技術(shù)——呂永明.