手持技术在高中化学实验中的应用

张金倡

化学是一门以实验为基础的学科，在新课程改革背景下，化学实验的重要性更加突出，要求我们在化学实验教学中渗透学科思想，除了培养学生的动手能力、观察能力、语言描述能力，还要培养学生的学科质疑能力、创新能力和探索精神。但是对于课本中的化学实验，尤其是微观问题，如离子反应、电离平衡、原电池原理等，在教学中往往由于时间问题（比如酸碱中和滴定曲线的测定，测定次数多、时间长，教师在教学中常常将实验操作改为动画演示以缩短实验演示时间）或课堂实验条件的限制（现象不明显等），对于一些理论性知识的讲授常常先介绍结论，再通过实验验证结论，这样的教学过程显得太灌输式，没有知识的形成过程，没有体验式的学习，印象常常不深刻，学生学习效果差，也不利于培养学生独立思考和发现问题的能力。

手持技术实验是近几年逐渐普及的理科实验装置，又称为“掌上实验室”。它主要由数据采集器和传感器组成，通过传感器去识别化学的物理量，再将物理量转换为电信号，再经过数据采集器及软件将电信号转化为数字，并以数、图结合的方式呈现在计算机的屏幕上。它便捷、实时、准确、直观、综合性强等优点，能改进高中化学实验水平，解决传统实验的困难。本文结合教学实践，浅谈手持技术在高中化学实验中的应用。

一、手持技术实验将微观问题可视化

手持技术实验的应用有利于学生更高效地学习有关压强、电流、电压、离子反应等较抽

象的理论知识。离子反应一向是学生的理解难点，要让学生理解反应的本质是离子浓度的减少是学习的关键，所以有些离子反应虽然无明显现象，但仍然进行。而学生往往只停留在初中阶段复分解反应的条件上（物质间生成沉淀或气体或水）。利用手持技术可以让“无形”的现象变“有形”。例如将冰醋酸滴入盐酸中并无明显现象，但利用pH传感器测定滴加过程中混合液的pH值，學生可以直观地发现盐酸的pH值不断增大，进而判断两者发生化学反应，生成了难电离的弱电解质醋酸。

原电池原理也是学生实验理解的一大难点。传统教学中，先通过锌铜原电池中锌片溶解、铜片上产生气泡的实验现象再去分析原电池的工作原理，讲授中学生最大的理解障碍是电流如何形成。如果换成手持技术实验，利用电流传感器就可直接捕捉到电流的数据变化。

与传统实验相比，手持技术的数据与图像的结合更直观、清晰地帮助学生建立抽象概念的形成过程。强、弱电解质的电离情况、弱电解质电离平衡的平衡建立、酸碱中和滴定曲线的测定（图1）、温度对氯化铁水解平衡的影响（图2）都可以很好地借助手持技术来提高实验效果。传统酸碱中和滴定中主要采用酸碱指示剂来确定滴定终点，但往往因为指示剂的量把握不当或操作中滴定太快或过早等问题而造成较大的实验误差，而手持技术无需酸碱指示剂就可直接测出滴定曲线。

二、手持技术实验更高效便捷，体现绿色化学思想

例如测定补钙剂中钙的含量，传统实验中钙离子的检查方法是先将钙离子与沉淀剂如碳

酸根反应生成碳酸钙，经过过滤、洗涤、烘干、称量，再根据相关计算得出补钙剂中钙的含量，传统实验费时、繁琐，而利用手持技术实验中的色度计便可快速测定并直接从电脑数据中得到补钙剂中钙的含量。再如不同的物质在水中的溶解伴随着不同的能量变化，在传统实验中，分别将氢氧化钠、氯化钠、氯化铵溶于水，再用手感知或用水银温度计测定温度变化，实验中需要用到比较多的实验药品，实验时间也较久，而手持技术实验只需少量药品就可达到理想的效果。

三、手持技术使实验更加综合化，培养学生多角度观察，提高定量研究能力

在完成课本实验的同时，手持技术强大的多功能传感器和数据分析软件可以满足多个变量之间的探究，为师生扩宽实验范围。这是传统化学实验无法比拟的，例如pH法研究温度对氯化铁水解平衡的影响中，可以得到两条曲线关系：时间-温度曲线、时间-pH曲线（图2）。

使学生在实验过程中不仅关注实验现象，也关注数据分析，从而得到更深层的结论。在分析数据中，学生慢慢地对定量研究有更深层的理解，而传统实验一般只关注定性研究（实验现象）。学生在分析数据中，对图像横纵坐标的意义、曲线的变化趋势将有更深入的理解，看懂抽象的图、提取对应的数据和变化趋势，在定性与定量之间转变，大大提升学生的解题能力和分析问题能力。

四、手持技术使探究性实验变得更加灵活，有助于学生创新性思维的培养

传统实验的内容由课本给定，而手持技术装置的特点决定了它可以给学生提供自由探究的机会。学生基于手持技术的数字化、现代化特点，往往能激起学生无限的学习热情与兴趣。学生可将平时大胆的设想通过手持技术实验付诸实践，例如冬天班级因为门窗紧闭，大部分学生头脑昏昏沉沉，学生会突发奇想通过测定教室内课前、课后二氧化碳浓度，分析是不是二氧化碳浓度太高会影响人的状态。该探究实验可行性强、操作简单快捷，对学生日常环境的观察有了深入的触动，知道下课要注意通风，呼吸新鲜的空气。学生在简单的探究中可以将自己的疑问付诸实践、用所学知识指导研究学习，将理论与实际相结合，让学生在探究中成长。类似的探究实验还有，牛奶的变质时间是常温6小时，学生可以通过测牛奶的酸化判断牛奶是否变质;我们身边雨是不是酸雨、水样的测定等。通过测定这些与我们日常生活息息相关的实验，不仅能培养学生的动手实验能力、合作探究能力，还能培养学生关心我们的生活环境，提高环保意识和社会责任心。

手持技术在实际使用中也会有一定的问题，比如仪器费用较高，软件使用需要培训等等，但它的应用潜力是无限的，需要我们不断地去研究和开发。

参考文献：

[1]基于手持技术的“离子反应”课堂教学研究.

[2]高中化学手持技术——吕永明.