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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(hù)、酸堿中和滴定兩個(gè)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(shí)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(lái)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(jī)融合，可以突破教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解，使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)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(tái)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(shí)驗(yàn)探究

現(xiàn)在的高中化學(xué)課堂由于受課時(shí)和教學(xué)條件的影響，實(shí)驗(yàn)越來(lái)越少，學(xué)生習(xí)慣于“聽”化學(xué)實(shí)驗(yàn)，直接背誦化學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和條件，在題海中學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，逐漸脫離了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)。沿海和東部發(fā)達(dá)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(shí)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(shí)驗(yàn)與技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步是密切相關(guān)的，數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)作為一種現(xiàn)代化新型教育手段，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點(diǎn)，已成為當(dāng)今科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將其作為輔助學(xué)生學(xué)習(xí)高中化學(xué)強(qiáng)有力的工具，也是一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)、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(shí)驗(yàn)在我國(guó)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(jìn)入我國(guó)，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(shí)例

在實(shí)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(shí)驗(yàn)。金屬的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)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(wú)數(shù)個(gè)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(jī)理是電化學(xué)學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)。其中，腐蝕類型的判斷和吸氧腐蝕原理模型的構(gòu)建對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)尤其困難。為了解決這個(gè)教學(xué)上的重難點(diǎn)，教材第84頁(yè)“實(shí)驗(yàn)4-3”對(duì)金屬的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了演示探究，但教師在課堂實(shí)際操作中，往往會(huì)因所取鐵粉和碳粉的質(zhì)量比錯(cuò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性不強(qiáng)、演示功能減弱。尤其是在吸氧腐蝕的實(shí)驗(yàn)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(duì)金屬的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)間的反應(yīng)，可以通過電腦在實(shí)驗(yàn)過程中繪制圖像，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中氧氣含量減少，說(shuō)明氧氣參與了反應(yīng)；溶液的pH上升，說(shuō)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(qiáng)傳感器可便捷地測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中氧氣濃度和壓強(qiáng)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(gè)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(qiáng)，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(qiáng)或太弱，則二者都在進(jìn)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?yàn)閬嗚F離子的產(chǎn)生會(huì)加快吸氧腐蝕[4]。2.2應(yīng)用于酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)。酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)是一個(gè)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理要求都比較高的實(shí)驗(yàn)。在酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)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(jì)算公式，根據(jù)已知濃度的酸或堿的體積，求出需要測(cè)定的未知的堿或酸的濃度。教師在課堂實(shí)驗(yàn)演示中往往會(huì)將一些指示劑提前加入到待測(cè)溶液中，以此來(lái)確定滴定的終點(diǎn)。但教師在實(shí)際的操作過程中，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N原因造成較大的實(shí)驗(yàn)偏差，觀察不到滴定突變等現(xiàn)象，使教學(xué)非常抽象。這時(shí)，如果使用數(shù)字化手持技術(shù)，通過探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶液的酸堿性，經(jīng)過電腦對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，可以得到實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)過程中溶液酸堿性的變化，并在滴定終點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算出待測(cè)溶液的濃度，避免了教師的無(wú)謂講解。酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)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(wú)機(jī)鹽，其在水中主要以離子的形態(tài)存在，故可通過測(cè)定水的電導(dǎo)率來(lái)測(cè)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(cè)定市售的純凈水、蒸餾水、礦泉水和自來(lái)水的水質(zhì)純度。（2）大氣監(jiān)測(cè)。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(cè)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(shí)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(wú)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(lái)，也能通過對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要進(jìn)行合理的猜想和預(yù)測(cè)，制定實(shí)驗(yàn)方案，選取傳感設(shè)備對(duì)反應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，明確需要采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，設(shè)定計(jì)算公式，再實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線動(dòng)態(tài)變化對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)。同時(shí)，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(shí)驗(yàn)前可以先要求學(xué)生預(yù)測(cè)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(hào)表征→微觀表征→符號(hào)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(jìn)行“四重表征”間的相互轉(zhuǎn)換。尤其在一些復(fù)雜實(shí)驗(yàn)中，由于反應(yīng)過程太過復(fù)雜，反應(yīng)機(jī)理對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)又太過抽象，不利于學(xué)生理解和掌握反應(yīng)的實(shí)質(zhì)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原理。這時(shí)如果使用數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以多角度地感受實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件和設(shè)施，并已搭建、應(yīng)用了永川區(qū)智慧教育平臺(tái)。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(gè)高中學(xué)校購(gòu)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(jī)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(jī)，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(xiàn)]

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

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作者:侯之光 單位:重慶市永川中學(xué)校