借得科技一缕香化作教育满园春

杨萍

科技是人类进步的重要推动力。近年，随着科技的快速发展，越来越多的学校引进手持技术设备，手持技术作为新常态进入中学课堂。手持技术在中学化学教学中通常以研究性学习、开发新实验以及改进传统实验为主，给化学教师的教研提供了新的方法和思路，也让学生的动手操作能力得到了锻炼，还可以提升学生的化学核心素养和思维品质。

近两年，笔者与备课组教师以开发手持技术新实验、利用手持技术改进传统实验为教研方向，并将教研成果应用到化学研究性学习中。在带领学生参与研究性学习的过程中，既有收获，也有困惑：如何更好地在研究性學习中利用和开发手持技术实验？就此，笔者谈谈在化学研究性学习中应用手持技术的几点体会。

1依据教材内容和研究性学习的方向，开发与生活有关的实验

化学来源于生活，又服务于生活，化学就在生活中，生活中处处有化学。化学与生活的关系是相互依存的：化学离不开生活，生活也离不开化学。在采用手持技术为主的中学化学实验中，定量实验相对很成熟。比如：酸碱中和滴定实验、氧化还原滴定实验，可以控制滴定速度，在电脑上显示数据，克服了肉眼观察的误差。中学课本中，采用手持技术的定性实验相对不成熟。因此，开发定性实验是手持技术发展的前景和方向。

电池是现代生活中时时刻刻都会用到的化学科技产品。手机中的锂电池、可充电电池，汽车中的铅蓄电池、手表中的氧化银纽扣电池、电脑中的拆卸式两用电池，可以说在现代生活中，一刻也离不开电池。电池，是新型的能源，开发没有污染的高效电池，是现代科技发展的必然。由此，笔者在2016年春季的研究性学习中，经过认真思考，联系现代生活的实际情况和本校已有的手持技术传感器，与学生讨论后确定选题——开发新型原电池，并约定在此基础上，再开发出其他原电池的研究性学习。选择这个课题最主要的原因是：目前市场上的电池大多含有汞、铅等重金属，这些重金属对土壤和人体的危害较大。开发新型电池，是科技工作者的科研方向之一。作为中学生，在研究性学习中，最重要的是学习科技探究的方法，科技探究的成果不一定出彩，让学生有科技探究的过程体验是开展研究性学习的目的之一。

首先，笔者开发的原电池实验，以产生的电流大小判断原电池产生的电流，并且显示出电流的实时数据。传统实验中产生的电流很小，用电流表几乎测不出来，且安装的二极管或者小灯泡的显示效果也不好。而采用了电流传感器，电流数据直接显示在电脑上，并且以图像的形式表现出来，效果直观。

其次，受原电池容易产生污染物的影响，学生决定采用“手持技术设备”开发水果电池。为了开发有意义的水果电池，学生查找资料，首先测出常见水果的电解质浓度与pH值的关系，然后根据水果的pH值，测出水果电池产生的电流（电量）大小与水果的品种、水果的温度（手持技术可以给水果加热）、水果实体或果汁之间的关系。

最后，通过学生1个月的努力探究，得出的结论虽然不能应用到实际生活中，但是给现代电池业的发展提供了一些科学数据。师生在此次研究性学习中，最大的收获是体会到了科学探究的过程之美，科学探究带给了师生心灵的震撼，让师生对自然科学探究的兴趣更加浓厚。

2依据实验产生的主要数据开发研究性学习实验

随着社会的发展，传感器的种类越来越多，也越来越精密。如今，不仅有测量物质物理性质的传感器，也开发出了一些常见化学物质的传感器。例如，H2传感器可以用于测定电解水产生的氢气，在固定容器中测定氢气的ppm浓度。最后，随着反应的进行，ppm浓度变化是一条能够在纵坐标上读出数据的曲线，从而测得氢气的生成量。通过软件处理器中的斜率或者导数等数据处理，得出所需分析处理图像的具体函数值，进而得出H2在不同时段的反应速率。其实，这类实验探究在中学化学教学中的意义不大，它真正的意义在于寻找开发氢气最佳的方法，为人类日益枯竭的能源和资源寻找最佳代替品。由此，开发氢能源是现代很多科研机构的科研方向。笔者带领学生探究化学实验的目的是培养学生的科学探究方法，分析数据规律，从而得出结论，让学生为以后更深层次的科研打下一个坚实的基础。为此，依据我校的探究仪器和实验条件，笔者开发了水质测量的研究性学习。

我校有SO2、CO2、O2、NH3等气体的传感器，O2传感器分为2种，一种为溶解氧传感器，另一种为氧气气体传感器，还有Na+传感器等常见金属离子传感器，pH值传感器和电导率传感器。为了充分利用我校已有的传感器，探究我校的水质，笔者带领学生做了探究我校水质的研究性学习。测量我校不同地方的水中的溶解氧、pH值、电导率，实验数据见表1。

3合理地应用手持技术进行实验改进探究，实现化学实验绿色化

化学实验探究活动，是指学生在教师指导下，从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题，通过模拟化学学科研究的方式去获取化学信息，应用化学知识和技能，分析其因果联系，并提出解决化学问题的方法与建议。课外实验探究活动更多地是强调学生的实践过程，培养学生主动探究的欲望和创新精神，着力于给学生终身受用的知识和能力，而不是要求学生一定要得出探究结果。探究活动课题需要中学生以知识背景为出发点，使其动手能力、思维方式等方面都有进步和提升。

化学科学与日常生活密切相关，如生活中常见的塑料、燃料、生活垃圾的处理，自来水的供应等都和学生的生活相关。从这方面中研究选题，不但有利于提高学生的学习积极性，而且可以提升学生的综合能力。因此，开展化学课外实验探究活动是可行的，也是必要的。从生活中开始学习化学，把化学带进生活，让学生体会到化学其实就在身边。让学生做一个在生活中求知，在探究中学习知识的人。

改进实验方法，让定性实验定量化，充分利用资源是重要的探究目标。此外，正当、合理地应用资源，提高资源的利用率，减少实验废物的产生是另一个目标。由此，2016年秋，笔者再次带领学生开展了水果电池的研究性学习。水果电池的开发和利用，就是为了改进先前的实验探究，达到化学实验绿色化和零排放的目的。

当然，不是所有的实验都有必要改进成以手持技术为主的探究实验，进而将定性实验改进为定量实验以增加反应物的转化率和减少生成物的排放量。比如O2的实验室制取实验，该实验最主要的目的是尽可能制取最大量的氧气，而不是测定O2的反应速率，因而不必花大量的时间和精力去改进。实验室制取氧气的3种方法，是非常成熟的方法，是初中化学的经典实验，再次应用手持技术的价值反而不大。

4充分利用传感器的显示功能，让户外科学探究更加方便

相对于传统实验和实验教学，结合信息技术的手持技术实验有自身优点，笔者简要说明以下几点。

（1）实时的监控反应过程中各种物理量的变化数值。克服了传统实验不能显示反应过程中产生具体数据的不足，增加了科学探究的说服力和可信度。

（2）无线显示模块的正确、合理使用，解决了只能在实验室做实验的弊端，为户外科学探究提供便利。