基于手持技术与虚拟软件的高中化学实验实践研究

文/中山市小榄中学 章塄丹 朱江

一、问题的提出

化学是一门以实验为基础的自然学科，实验可以最大程度调动学生的感官获取，理解相关的化学核心知识，逐步形成必备的技能，关键能力，进而培育化学学科核心素养。化学实验是中学化学新一轮课程改革的关键一环，是基础教育课程改革的重中之重。然而，在现实的化学实验教学中，还存在一些问题。笔者发现，虚拟实验软件也可以作为手持技术的有效补充实验手段，技术手段的协同可以取得更好，更明显的教学效果。协同手持技术与虚拟实验软件进行实验教学，既能模拟真实的化学反应探讨微观与宏观的反应现象之间的关系，获得化学反应的本质；又能够让学生在真实的实验操作使学生获得必备的关键能力与品质，发展核心素养。而如何协同虚拟实验软件来辅助手持技术的实验教学，将成为本文重点研究的内容。

二、研究框架

1.概念界定。手持技术集合多种传感器技术，借助计算机实现了收集到信号进行处理和输出，呈现宏观图像的一项计算机技术，是宏观化学反应现象有力验证。手持技术作为化学实验教学辅助工具之一，对实验的改革和发展起着重要的作用，它具有很多优点：如（1）准确；（2）微型化；（3）实时；（4）直观；通过配套数据处理软件，还能对数据进行实时的分析、处理，呈现直观的曲线结果。

2.研究目标。（1）辅助教师的实验教学和学生的探究性学习，发展学生的实验探究学科素养，唤醒学生内心深处的探索欲，尊重学生的主体地位，在做中学。（2）实现“宏观-微观-符号-曲线”四重表征方法，使得学生对化学反应实质更容易理解，发展学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。（3）协同性技术的实验教学方式，实现教学内容的有趣性，为化学实验教学探索提供一点经验。

3.研究内容。基于实验教学可操作性原则，同时在学生已有相关化学反应平衡知识的基础，选取了人教版选择性必修1《化学反应原理》第三章-水溶液中的离子反应与平衡这一部分进行高中化学实验实践研究。“弱电解质的电离平衡”“酸碱中和滴定”“盐类的水解平衡”“难溶电解质的沉淀溶解平衡”的内容教学可借助手持技术对于溶液电导率表征，辅以虚拟实验进行微观粒子行为的可视化表征，可设计成探究性的实验。在进行教学设计时，需结合宏观反应现象与微观本质，让学生通过真实实验反应现象，寻找反应特征，进而分析得到反应实质。协同性技术开展有利于建立探究性学习模式，培养发展学生化学学科核心素养。

三、研究思路方法

1.研究的基本思路。本文主要运用了文献研究法来界定手持技术和虚拟实验的概念，以及在此类实验教学中学生所需要达到的化学学科核心素养，关键能力与思维品质。然后以《新课标》和《全国统一考试大纲》为设计前提，再参照自然科学探究的一般流程，结合高中化学实验教学现状提出基于手持技术和虚拟实验协同的高中化学实验教学活动初步设计-以《水溶液中的离子平衡》为例，其包括教学理论分析、学习目标分析、教学设计，实施条件等方面。

2.具体的研究方法。（1）文献研究法。文献研究法主要是充分阅读文献并对国内外文献进行研究，分析手持技术和虚拟实验在化学实验教学研究的内容、方法。（2）调查研究法。问卷调查和访谈。在教学案例实施前，对学生进行问卷调查，意在修改教学实施路线。然后在每次教学后，进行相应的学生访谈，以求下一轮教学更有针对性。（3）课堂观察法。具有明确目标的研究者，直接或间接从真实课堂中获得第一手数据，并依据数据所反馈的结果作为后续研究的教育科学研究方法。

四、结论与展望

从教学实践中可以得出，学生在学习选择性必修1 章节中水溶液的离子平衡难以理解微观抽象的离子反应。而借助协同性技术的实验教学，将能很好地化抽象为具体，化微观为宏观。手持技术能实时呈现化学反应具象，辅以虚拟实验软件模拟真实的微观化学反应下的离子行为，来加深学生对微粒行为的理解，并帮助学生提升高阶思维能力。有以下的几个创新点：（1）数字化的化学实验课堂更加有趣，使学生能看到离子反应的变化过程，微观模拟离子反应能迅速帮助学生理解抽象概念。（2）手持技术呈现实时，直观的实验数据变化；虚拟实验软件的使用，能帮助学生更好地理解水溶液中微粒间抽象反应历程。（3）协同手持技术和虚拟实验软件能实现高效的实验教学效果。基于宏微结合的基础，开发了可行性的教学技术路线，为一线高中化学实验教学提供借鉴。