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摘要：主要介紹了數(shù)字化手持技術在高中化學教學中的應用，并通過金屬的電化學腐蝕與防護、酸堿中和滴定兩個案例，證明了數(shù)字化手持技術應用于化學教學實踐有利于發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，是培養(yǎng)學生未來發(fā)展必備的品格和關鍵能力。數(shù)字化手持技術和傳統(tǒng)教法的有機融合，可以突破教學難點，幫助學生理解，使復雜的問題簡單化、定性的問題定量化、模糊的問題清晰化。結合永川區(qū)智慧教育平臺等信息技術現(xiàn)有設施分析了數(shù)字化手持技術在永川中學校推廣應用的前景。

關鍵詞：數(shù)字化手持技術；化學教學；信息技術；實驗探究

現(xiàn)在的高中化學課堂由于受課時和教學條件的影響，實驗越來越少，學生習慣于“聽”化學實驗，直接背誦化學實驗的現(xiàn)象和條件，在題海中學習化學實驗，逐漸脫離了化學實驗教學的本質。沿海和東部發(fā)達地區(qū)的老師為了解決這一困擾高中化學教學的難題，已經逐漸實現(xiàn)了課堂教育信息化，在課堂上充分使用以數(shù)字化手持技術為代表的一系列新型教育手段，教學效果顯著。科學實驗與技術的發(fā)展和進步是密切相關的，數(shù)字化手持技術實驗作為一種現(xiàn)代化新型教育手段，具有實時性、準確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點，已成為當今科學實驗探究與課堂教學最有力的教學工具。如何充分發(fā)揮數(shù)字化手持技術實驗的技術優(yōu)勢，將其作為輔助學生學習高中化學強有力的工具，也是一個值得深思與探討的問題。

1數(shù)字化手持技術

數(shù)字化手持技術是一種便攜實驗技術，是由數(shù)據(jù)收集器、探頭以及相關軟件組成的一體化技術，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)網處理信息，該系統(tǒng)能夠定量收集溫度、pH、電導率、色度、壓強、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)字化手持技術實驗在我國基礎教育領域的應用和研究起步較晚，約在20世紀90年代進入我國，最初應用于物理教學中，隨后被引入到化學等其他學科教學中[2]。

2數(shù)字化手持技術在高中化學教學中的應用實例

在實際教學過程中，很多教師都使用了數(shù)字化手持技術，取得了良好的效果。2.1應用于金屬的電化學腐蝕實驗。金屬的電化學腐蝕實驗選自人教版高中選修4第四章第四節(jié)。金屬的電化學腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種情況，其本質都是將金屬與電解質溶液直接接觸并在金屬表面形成無數(shù)個微小的鐵碳原電池，發(fā)生電化學腐蝕。金屬的電化學腐蝕形成條件和反應機理是電化學學習的重難點。其中，腐蝕類型的判斷和吸氧腐蝕原理模型的構建對學生來說尤其困難。為了解決這個教學上的重難點，教材第84頁“實驗4-3”對金屬的吸氧腐蝕實驗進行了演示探究，但教師在課堂實際操作中，往往會因所取鐵粉和碳粉的質量比錯誤、所配制的電解質濃度大小不合適、反應物和產物的量太少、反應速率低等原因而使實驗現(xiàn)象不明顯、實驗重復性不強、演示功能減弱。尤其是在吸氧腐蝕的實驗中不能直觀、明確地展現(xiàn)出是氧氣參與了反應，反應后溶液中有堿生成，給學生從本質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，可以利用手持技術對金屬的電化學腐蝕實驗進行改進和補充，幫助學生正確理解析氫腐蝕與吸氧腐蝕的概念，解決學生的迷思概念問題[3]。連接好裝置后，接入數(shù)字化手持設備（見圖1），實時監(jiān)測反應過程中裝置內的氧氣含量、反應溫度、溶液的pH等數(shù)據(jù)。經過一段時間的反應，可以通過電腦在實驗過程中繪制圖像，發(fā)現(xiàn)反應過程中氧氣含量減少，說明氧氣參與了反應；溶液的pH上升，說明反應生成了堿。調整反應條件，利用氧氣傳感器和壓強傳感器可便捷地測定實驗過程中氧氣濃度和壓強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腐蝕是一個緩慢的氧化過程。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，則以析氫腐蝕為主；如果酸性較弱，則以吸氧腐蝕為主；如果酸性不是太強或太弱，則二者都在進行。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，這主要是因為亞鐵離子的產生會加快吸氧腐蝕[4]。2.2應用于酸堿中和滴定實驗。酸堿中和滴定實驗是一個對實驗操作和數(shù)據(jù)處理要求都比較高的實驗。在酸堿中和滴定實驗中，用已知濃度的酸或堿滴定未知濃度的堿或酸，然后，利用濃度計算公式，根據(jù)已知濃度的酸或堿的體積，求出需要測定的未知的堿或酸的濃度。教師在課堂實驗演示中往往會將一些指示劑提前加入到待測溶液中，以此來確定滴定的終點。但教師在實際的操作過程中，往往會因為各種原因造成較大的實驗偏差，觀察不到滴定突變等現(xiàn)象，使教學非常抽象。這時，如果使用數(shù)字化手持技術，通過探頭實時監(jiān)測溶液的酸堿性，經過電腦對數(shù)據(jù)的計算和處理，可以得到實時滴定曲線，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驗過程中溶液酸堿性的變化，并在滴定終點自動計算出待測溶液的濃度，避免了教師的無謂講解。酸堿中和滴定實驗中采用的數(shù)據(jù)采集器與電導率傳感器，除上述應用之外，還有許多其他用途。（1）水質分析。純水的主要雜質為一些可溶性的無機鹽，其在水中主要以離子的形態(tài)存在，故可通過測定水的電導率來測定水的純度，以電導率作為水質分析的理化指標之一。利用這種方法可測定市售的純凈水、蒸餾水、礦泉水和自來水的水質純度。（2）大氣監(jiān)測。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率的變化，可以測定上述氣體的含量。（3）工業(yè)流程控制。（4）電導滴定。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)字化手持技術在培養(yǎng)學生化學核心素養(yǎng)中的作用

接入數(shù)字化手持設備有利于培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的能力。利用數(shù)字化手持技術可以把以前無法展示的微觀圖像和化學結構更加直觀地展現(xiàn)出來，也能通過對實驗數(shù)據(jù)處理所形成的圖像，更好地向學生展示化學反應中的變化觀念與平衡思想。學生在利用數(shù)字化手持技術進行實驗設計時，首先需要進行合理的猜想和預測，制定實驗方案，選取傳感設備對反應進行測量，明確需要采集的關鍵數(shù)據(jù)，設定計算公式，再實施實驗探究活動。在實驗的過程中，學生還要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線動態(tài)變化對實驗進行監(jiān)察和調節(jié)，這些都有利于培養(yǎng)學生科學探究與創(chuàng)新意識。同時，利用數(shù)字化手持技術，老師也能更好地在課堂上展現(xiàn)“四重表征”。老師在實驗前可以先要求學生預測曲線，展現(xiàn)學生原有的認知結構和思維狀態(tài)，然后，老師可以按照“宏觀表征→符號表征→微觀表征→符號表征→曲線表征”的順序重新生成認知發(fā)展路徑，從而引導學生進行“四重表征”間的相互轉換。尤其在一些復雜實驗中，由于反應過程太過復雜，反應機理對學生來說又太過抽象，不利于學生理解和掌握反應的實質和實驗現(xiàn)象背后的原理。這時如果使用數(shù)字化手持技術實驗，學生可以多角度地感受實驗的現(xiàn)象及其背后的本質，就好像為學生提供認知和學習的腳手架，使教師有序、系統(tǒng)地協(xié)助學生建構與實驗相關的化學原理，讓學生更直觀地感受反應的現(xiàn)象和結果，有效提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)。

4數(shù)字化手持技術在永川地區(qū)的使用前景

目前，永川區(qū)共有7所高中，均已具備良好的實驗條件和設施，并已搭建、應用了永川區(qū)智慧教育平臺。因此，永川區(qū)高中學校現(xiàn)代化教育設施設備比較齊全，教育信息化的水平較高，具備使用數(shù)字化手持技術的基礎。在學?，F(xiàn)有設施設備的基礎上，給每個高中學校購置幾套數(shù)字化手持設備，使其與現(xiàn)有設施設備有機結合，滿足高中化學教學大部分的需求。恰逢新高考改革這一契機，相信很快就能產生顯著的效果，因此，數(shù)字化手持技術在普通高中的推廣和使用十分必要。

[參考文獻]

[1]朱慶，錢楊義，麥裕華.化學教師對手持技術數(shù)字化實驗應用的態(tài)度調查[J].化學教學，2019（10）：13-19.

[2]陳琛，姚如富，邵忠德，等.數(shù)字化手持技術實驗在高中化學課堂教學中的應用研究[J].化學教育，2015，36（1）：29-33.

[3]孫慧玲，靳瑩，霍愛新.基于手持技術的金屬電化學腐蝕實驗改進[J].化學教學，2014（3）：52-54.[4]唐敏.實驗探究鋼鐵的腐蝕[J].化學教育，2011（6）：58-59.

[5]鄧峰，錢揚義，林耿勉.手持技術在酸堿滴定中的應用研究[J].教學儀器與實驗，2007（1）：12-14.

作者:侯之光 單位:重慶市永川中學校