手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用反思

1、手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用反思 楊延光安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院2009級(jí)教育碩士，安徽 蕪湖 2410001手持技術(shù)相關(guān)背景中學(xué)科學(xué)教育的根本目標(biāo)在于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)研究的重要一環(huán)，通過實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)或推翻思辨、假想，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)自然現(xiàn)象中的各種因素進(jìn)行精確的測(cè)量，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新事物和新規(guī)律可以說(shuō)，沒有實(shí)驗(yàn)就沒有自然科學(xué)。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)又是與技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)的。技術(shù)的進(jìn)步使我們能夠看得更遠(yuǎn)、更細(xì)，測(cè)得更準(zhǔn)、更快，極大地拓寬了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的范疇，提高了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的可信度。手持技術(shù)就是一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興技術(shù)，具有便捷、直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，是實(shí)驗(yàn)改革和發(fā)展的有效手

2、段。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中引入手持技術(shù)，不僅使某些在當(dāng)前條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)成為可能，還能促使學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，形成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度。手持技術(shù)，顧名思義，在掌上就可以操作的技術(shù)，它是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并能與計(jì)算機(jī)連接完成各種后期處理的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。手持技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于理科實(shí)驗(yàn)中，可以方便而迅速地收集各類物理、化學(xué) 、生物 、環(huán)境等數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、聲音、光、電、力 、pH值等。2應(yīng)用手持技術(shù)的意義2.l使實(shí)驗(yàn)更加現(xiàn)代化、簡(jiǎn)易化手持技術(shù)使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與國(guó)際接軌，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，還可以在 戶外等場(chǎng)所 隨時(shí)隨地進(jìn)行。一些

3、在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)施的實(shí)驗(yàn)也可順利進(jìn)行；一些難于理解的科學(xué)概念和原理，借助于手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)變得容易認(rèn)知。例如二氧化氮與四氧化二氮的平衡體系，壓強(qiáng)影響平衡的移動(dòng)，其他條件不變，增大壓強(qiáng)平衡會(huì)向減小壓強(qiáng)的方向移動(dòng)，這對(duì)中學(xué)生來(lái)說(shuō)非常難理解，但通過手持技術(shù)測(cè)出實(shí)際壓強(qiáng)變化，難點(diǎn)迎刃而解。此外，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上，儀器會(huì)自動(dòng)顯示給學(xué)生清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不需進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù) 處理工作。2.2使實(shí)驗(yàn)更加綜合化實(shí)驗(yàn)的綜合化不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)手段上，同時(shí)也體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上。實(shí)驗(yàn)手段的綜合化主要是指在手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用了不同的實(shí)驗(yàn)儀器裝置，具有廣泛性 和綜合性。計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、傳感器和相應(yīng)軟件與其他化學(xué)儀器的整合更加突

4、出了手段的信息化，現(xiàn)代化，綜合了時(shí)代信息。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合化是指手持技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)單一學(xué)科單因素及多因素研究，而且還體現(xiàn)了跨學(xué)科的多因素研究，多角度觀察，并與現(xiàn)代信息技術(shù)完全整合，同時(shí)體現(xiàn)了研究性、探究性實(shí)驗(yàn)等綜合實(shí)踐活動(dòng)。2.3使實(shí)驗(yàn)不僅關(guān)注定性研究而且進(jìn)行定量研究一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)往往只能讓學(xué)生明白 “有什么”，而不清楚 “有多少”，學(xué)生也只能對(duì)化學(xué)現(xiàn)象有一個(gè)膚淺的認(rèn)識(shí) (定性研究 )，而不能在量上有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí) (定量研究)。手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果會(huì)給學(xué)生直觀的數(shù)據(jù)或圖像顯示，更加體現(xiàn)了科學(xué)的準(zhǔn)確性。例如二氧化錳作催化劑的雙氧水分解，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作只能了解催化劑可以加快或減慢化學(xué)反應(yīng)的速率，

5、但是應(yīng)用手持技術(shù)可以準(zhǔn)確地運(yùn)用壓力傳感器測(cè)得所分解氧氣的壓力，通過做線性回歸，圖形的斜率就是該化學(xué)反應(yīng)的速率，如利用手持技術(shù)探究催化劑對(duì)雙氧水分解的影響實(shí)驗(yàn)，效果非常好。另外還可以定時(shí)測(cè)量化學(xué)反應(yīng)，即時(shí)獲得反應(yīng)過程中的定量數(shù)據(jù)。2.4使實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師和學(xué)生角色完成更充分傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)因?yàn)檫^程復(fù)雜，步驟繁瑣，往往使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中扮演了一個(gè)參加機(jī)械勞動(dòng)的 “機(jī)器 ”，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中必須把大量的精力和時(shí)間花費(fèi)在操作過程上，沒有足夠的時(shí)間觀察現(xiàn)象、思考問題和提出問題。 利用手持技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)不僅可以解決上述問題。教師也從“信息源” 向 “信息平臺(tái)”轉(zhuǎn)變，教師不僅能夠輸出信息，而且可以交換信息，還

6、能夠接受學(xué)生輸出的信息，從而可以促成課堂中信息的雙向和多向交流，實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)單化使得學(xué)生有足夠的時(shí)間來(lái)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，真正實(shí)現(xiàn)了課堂中的師生互動(dòng)乃至生生互動(dòng)，使教師與學(xué)生的角色發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變。2.5使課堂變得更加高效手持技術(shù)在本質(zhì)上與多媒體技術(shù)一樣，都是為課堂教學(xué)服務(wù)的輔助認(rèn)知手段和工具。手持技術(shù)運(yùn)用在教學(xué)中除了作為學(xué)生的認(rèn)知工具外，同時(shí)也是教學(xué)信息的傳遞工具。手持技術(shù)利用現(xiàn)代電子傳感科技進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中每個(gè)時(shí)刻的化學(xué)變化直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，在引導(dǎo)學(xué)生感受到高新科技時(shí)代氣息的同時(shí)也使學(xué)生從動(dòng)態(tài)角度對(duì)化學(xué)物質(zhì)變化有了更本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。2.6使課外探究多了一項(xiàng)利器手持技術(shù)突破了空間

7、和時(shí)間的限制，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不只在實(shí)驗(yàn)室中才能進(jìn)行，學(xué)生可以利用手持技術(shù)隨時(shí)隨地研究生活中遇到的化學(xué)問題，有利于學(xué)生將化學(xué)學(xué)科知識(shí)應(yīng)用于生活，體驗(yàn)化學(xué)對(duì)于生活的重要價(jià)值，進(jìn)而建立更為完善的化學(xué)價(jià)值觀。手持技術(shù)沖破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方式的束縛，表現(xiàn)出極大的張力，將許多經(jīng)典的化學(xué)實(shí)驗(yàn)化繁為易，同時(shí)也將實(shí)驗(yàn)的對(duì)象擴(kuò)展到生活中的方方面面，利于學(xué)生主動(dòng)參與，開闊思路，增強(qiáng)他們的科技意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。將化學(xué)學(xué)科知識(shí)與探究技能整合，發(fā)散學(xué)生的科學(xué)思維、訓(xùn)練其科學(xué)方法，幫助學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。如測(cè)量相同pH的鹽酸與硫酸同金屬反應(yīng)的比較。2.7促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的提升學(xué)生在應(yīng)用手持技術(shù)進(jìn)

8、行化學(xué)實(shí)驗(yàn)前后所持的化學(xué)變化觀有了非常顯著的變化，體會(huì)到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情景，從而有利于教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握。3手持技術(shù)的應(yīng)用示范探究氫氧化鈉濃度對(duì)酚酞顯色的影響準(zhǔn)備好相關(guān)裝置與試劑，將色度傳感器接入系統(tǒng)主機(jī)數(shù)據(jù)采集接口，連接好計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、色度傳感器之間的連線，運(yùn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將色度傳感器中的標(biāo)準(zhǔn)容器裝入蒸餾水，插入紅色濾光片，旋轉(zhuǎn)色度傳感器上的調(diào)節(jié)透光率旋鈕，使初始的透光率為100%。選擇“1/s、200個(gè)，手動(dòng)采集”用滴管吸取5mol/L NaOH溶液加入標(biāo)準(zhǔn)容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，測(cè)得數(shù)據(jù)見下圖1：約30秒褪為無(wú)色。用滴管吸取2.5mol/L NaOH溶液

9、加入標(biāo)準(zhǔn)容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，測(cè)得數(shù)據(jù)見下圖2：約90秒褪為無(wú)色。 圖1 圖2用滴管吸取1mol/L NaOH溶液加入標(biāo)準(zhǔn)容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，測(cè)得數(shù)據(jù)見下圖3：約400秒褪為無(wú)色。 圖3用滴管吸取0.1mol/L NaOH溶液加入標(biāo)準(zhǔn)容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，測(cè)得數(shù)據(jù)見下圖4：紅色保持很長(zhǎng)時(shí)間，肉眼肯定觀測(cè)不出，但色度值逐漸增大，表明酚酞正在緩慢與堿反應(yīng)。時(shí)間(s) 色度(%) 1 85.9704 50 86.224 100 86.6044 150 87.03552 200 87.33984圖4為避免空氣中二氧化碳對(duì)氫氧化鈉濃度的

10、影響，另做對(duì)比實(shí)驗(yàn)：用pH傳感器測(cè)同濃度氫氧化鈉溶液露置于空氣中的pH變化，表明5分鐘內(nèi)幾乎無(wú)影響 以上實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)在于：用量極少（前者只需幾滴試劑），節(jié)約試劑；現(xiàn)象明顯，肉眼觀察顏色變化很不準(zhǔn)確，而數(shù)據(jù)顯示一目了然！通過實(shí)驗(yàn)表明氫氧化鈉與酚酞的反應(yīng)是個(gè)可逆反應(yīng)，氫氧化鈉濃度增大則反應(yīng)正向移動(dòng)，并且濃度越大反應(yīng)越快。將手持技術(shù)應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)，可以取得傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法在達(dá)到的良好效果，有利于提高教學(xué)的效率，尤其在研究化學(xué)反應(yīng)速率較快、計(jì)算原理復(fù)雜、耗時(shí)過多、學(xué)科綜合性強(qiáng)、無(wú)確定答案的探究方面體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)！4手持技術(shù)應(yīng)用中存在問題、反思與展望4.1加強(qiáng)手持技術(shù)儀器的配套開展實(shí)驗(yàn)探究，除了要讓學(xué)生感興趣

11、之外，還要求傳感技術(shù)儀器便于探究。因?yàn)橛械膫鞲袃x器沒有配套的裝置，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法或難以進(jìn)行。如我們使用的壓力傳感器沒有配套的塞子與反應(yīng)容器。4.2經(jīng)費(fèi)的投入問題。配備完整的以傳感設(shè)備為主的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，需要大量的經(jīng)費(fèi)支持。完整的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一般需要幾萬(wàn)到上百萬(wàn)的資金投入，這對(duì)于普通中學(xué)來(lái)說(shuō)是一筆龐大的數(shù)目，需要很大的經(jīng)費(fèi)支持。所以，作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)引入課堂教學(xué)中乃至在課堂教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，這必然是個(gè)長(zhǎng)期的過程。建議采取縣區(qū)統(tǒng)一配套，各校分時(shí)間段使用，以提高使用效率并降低成本。4.3儀器的穩(wěn)定性和精確度問題應(yīng)用傳感技術(shù)進(jìn)行中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，有很多的優(yōu)點(diǎn)。但這些優(yōu)點(diǎn)是建立在傳感技術(shù)的精確和穩(wěn)定

12、的基礎(chǔ)上的。有的傳感儀器存在著性能不穩(wěn)定及由此導(dǎo)致的結(jié)果不精確等問題，這對(duì)開展有效的實(shí)驗(yàn)探究是非常不利的。在學(xué)生進(jìn)行自主探究階段，大多數(shù)在小組選擇課題時(shí)，竭力選擇避開那些穩(wěn)定性不高，精確度差的傳感器，要求廠商提高儀器的穩(wěn)定性和精確度的同時(shí)，還應(yīng)開展技術(shù)支持與培訓(xùn)工作。4.4 手持技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計(jì)從目前的研究來(lái)看，手持技術(shù)的應(yīng)用范圍還不夠廣，更多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)有待開發(fā)。把手持技術(shù)與高中化學(xué)“探究式學(xué)習(xí)”加以整合，把手持技術(shù)融入化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，能使學(xué)生學(xué)會(huì)如何進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)；學(xué)會(huì)合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和對(duì)社會(huì)的責(zé)任感；學(xué)會(huì)從定量的角度分析和解決問題，探求變量之間的因果關(guān)系和相關(guān)關(guān)系，發(fā)展了學(xué)生的問題解決能力 ，真正體現(xiàn)了新課標(biāo)教育思想。4.5 手持技術(shù)與課堂教學(xué)的融合手持技術(shù)開創(chuàng)了一種嶄新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生對(duì)這樣的儀器充滿新鮮感，而實(shí)驗(yàn)過程的新穎、獨(dú)特，也有極大的吸引力，很大程度激發(fā)了學(xué)生的好奇心和探究欲望。此外，手持技術(shù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、定量等特點(diǎn)提高了學(xué)生科學(xué)探究的水平，也降低了實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的難度，學(xué)生通過手持技術(shù)可以解決更多關(guān)于化學(xué)學(xué)科的問題，逐漸認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科中的重要功能，增進(jìn)學(xué)生利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問題的動(dòng)力。在一線教學(xué)中如能找到更多的融合點(diǎn)會(huì)更能發(fā)揮手持