数字化手持技术与高中化学教学融合研究

陈建文

［摘 要］实验是高中化学的重要组成部分，将数字化手持技术运用到高中化学教学中，是大势所趋。文章着眼于数字化手持技术的应用现状和优越性，探讨数字化手持技术与高中化学教学相融合的具体措施。

［关键词］高中化学；数字化；手持技术

［中图分类号］    G633.8            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2024）12-0056-04

化学是一门以实验为基础的科学，实验在化学教学中占据着重要的地位。新课标强化对化学实验的要求，更加注重实验过程的合作性与探究性，强调培养学生的实践能力和创新精神。数字化手持技术作为技术、信息和教育融合的产物，为化学实验教学提供了强有力的工具支持。数字化手持技术以信息技术为载体，生动地呈现教学内容，可使学生更为直观地理解化学实验过程及其原理。该技术能够实时采集并分析处理实验数据，帮助学生理解实验结果。此外，数字化手持技术还能模拟实验，确保学生在安全环境下操作，提高实验效率。借助此项技术，学生不仅可以深入探讨化学反应原理，还能培养探究精神和团队合作意识。教师亦可以根据此技术更好地指导学生，从而提升教学质量。

一、数字化手持技术简介及应用现状

（一）数字化手持技术简介

数字化手持技术是基于信息化数字技术发展起来的，俗称“掌上技术”。该技术是由“传感器+数据采集器+计算机+处理软件”组成的，能够采集化学实验数据，并以图表的形式呈现实验数据的现代化技术手段。其构成部件小，教学过程中能在手掌上操作。通过监测数据变化有助于判断实验进程，同时利用计算机对传回的数据变化趋势进行分析，将实验的动态过程还原出来，可实现自动化记录与存储。数字化手持技术有着强大的感知、信息整合、储存及后期数据处理等功能，能够实现数图结合、记录细微过程的实验数据、自动生成图像，以及让化学反应的瞬间可视化，有利于培养学生的化学学科素养。

数字化手持技术大约在2O世纪9O年代开始进入我国，在我国基础教育领域的应用和研究起步较晚。它最初被用于物理教学，随后才被引入到化学教学中。目前，数字化手持技术实验在大部分高校已得到广泛推广，但在中学阶段对该技术的使用还不普遍。因此，如何将该技术合理运用到高中化学教学中任重道远。

（二）数字化手持技术应用现状

第一，数字化手持技术设备的配套建设比较落后。利用数字化手持技术进行化学教学，不仅能提升学生学习化学的兴趣，还能借助传感器降低学习难度和时耗。然而，现阶段拥有数字化手持技术设备的高中化学实验室并不多，这就限制了数字化手持技术的使用。因此，只有加大数字化手持技术配套化学实验仪器的研究与开发力度，才能使高中化学数字化手持技术得以推广。

第二，数字化手持技术设备老旧，稳定性和精确度欠佳。数字化手持技术与传统实验相比明显具有优势，但这些优势的发挥需建立在数字化手持技术设备具有良好的稳定性和精确性基础上。然而，目前各高中学校的传感器性能稳定性欠佳、精确度不高，建议采购时直接对接仪器厂商，并提出具体精度要求。

第三，高中化学教师对该技术的运用度不高。大部分教师仍习惯于传统的化学教学方式，对信息技术的运用停留在图片展示、视频引入、PPT播放等浅层次，忽略对数字化手持技术的研究和使用。建议加强对高中化学教师的数字化手持技术设备使用培训，并在人才库、资源库建设方面投入更多资金，让新实验仪器能更好地为教师所用。

二、数字化手持技术与高中化学教学融合的优点

数字化手持技术是一种现代化、高效、便捷的实验技术，将其与高中化学教学相融合，不仅能满足新课改中对探究性实验的要求，还能为学生提供一种创新且高效的实验学习途径，同时推动教学模式的革新，为教育改革注入新的活力。这种融合的一些优点是传统实验方式无法比拟的，这些优点有助于提高教学质量和学生的学习效果。

（一）实验更加现代化、简易化

数字化手持技术实验不局限于实验室，可以随时随地开展，突破了传统实验在时间和地点上的限制。数字化实验设备能够将实验数据以表格、图像等直观形式展示，便于学生观察与分析实验结果，提升实验的准确性和效率。相比传统实验，数字化实验设备操作简便，易于掌握，能实时记录和分析数据，减少实验误差，提高成功率。

在传统的化学实验教学中，针对现象不明显、过程不明朗、耗时长、会产生有毒或有害物质的实验，教师只能通过口头描述或播放视频的方式进行教学，而运用数字化手持技术则可以让学生更加直观地观察实验现象，提高学习的趣味性，激发学生的探究欲望。学生不仅能够观察实验的过程和结果，还能够利用实验数据了解其中包含的化学原理。

（二）帮助学生建立微观概念

化学是研究分子及类分子的科学，宏观看现象、微观找原因，宏微结合是学习化学的重要方法。如在讲授“物质结构与性质”课程时，很多抽象的化学概念无法用宏观实验现象进行说明，学生很难理解其原理。然而，借助数字化手持技术可以让学生通过简单的实验操作，清晰直观地看到实验图像的变化，从而分析物质内部微粒间的相互作用，感受物质的变化过程。例如，在探究影响分子间作用力大小因素时，利用温度传感器分别测量正丁醇、正丙醇、乙醇、甲醇4种醇挥发时的温度。学生可以根据曲线清晰地看到不同醇挥发时温度的变化情况，从而得出：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，克服分子间引力使物质气化所需的能量越多，熔沸点越高，而能形成分子间氢键的熔沸点更高。通过数字化手持技术实验，实现了从抽象到直观、从静态到动态、从无形到有形的转换，这增强了学习的趣味性，更便于学生理解、强化记忆。

（三）助推学生成为课堂主体

数字化手持技术可提供实时、精准的数据分析。在化学实验过程中，学生可运用数字化手持技术设备迅速获取实验数据，并通过相关软件进行实时分析，这不仅能提升实验效率，更有助于学生深入理解实验原理及化学规律。在传统实验教学中，学生往往只是通过肉眼观察实验现象，难以直观地认识化学反应的微观过程，而数字化手持技术将实验现象以数字化方式呈现，便于学生在直观感受的基础上进一步探索化学原理。同时，也便于教师获取学生输出的信息，随时了解学生的实验情况，从而促成课堂中信息的多向交流，真正实现师生互动、生生互动，使学生成为课堂的主体。

三、数字化手持技术与高中化学教学的融合探究

将数字化手持技术引入高中化学实验教学，实现二者的有机结合，旨在改变学生的实验学习方式，从而优化教学过程、强化定量分析、减少实验误差，进而有效发展学生主动构建知识体系的能力，提升学生科学素养。

（一）通过“术”“学”融合，优化实验教学

随着科学技术的日益发展，数字化手持技术在化学实验领域得到了广泛应用。在传统的溶液配制过程中，学生需利用滴定管、移液管等工具，操作过程中极易产生误差。而手持仪器如pH计、溶解氧仪等，能够实时监测溶液的pH值、溶解氧含量，助力学生更加精确地配制溶液。学生还可运用手持光谱仪或色谱仪，快速对样品进行定性分析，辨别物质的组成及性质。利用手持气体传感器，学生可实时检测气态化学物质，从而提升实验的安全性和舒适度。

数字化手持技术能实时监控实验过程中的各项参数，如温度、压力等，有助于实验者发现异常情况并及时处置，确保实验安全。若实验过程中出现安全问题，可通过数字化手持技术设备立即启动紧急停止程序，确保实验安全。教师可利用数字化手持技术设备进行实验演示，让学生更直观地观察实验现象，提高教学效果。学生可通过数字化手持技术设备与同伴分享实验数据和结果，促进团队合作与交流，提升实验素养。总之，数字化手持技术为化学实验教学注入了新的活力，丰富了实验教学手段，提升了实验准确性和安全性，激发了学生学习兴趣。

此外，实际教学中教师应致力于通过简便易操作的实验方法为学生营造开放式的学习环境，以提升他们自主探究的能力。例如，在“钠及其化合物”一课中，教材要求学生验证Na2CO3和NaHCO3溶液碱性的强弱，以及探究Na2CO3和NaHCO3溶于水的放热情况。学生可以向等浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加等量酚酞，判断两种溶液碱性的强弱，实验现象较明显。但在Na2CO3和NaHCO3溶于水的放热实验中，因为热量变化微弱，肉眼难以观察到，易导致实验失败。对此，运用温度传感器可直接呈现数据变化情况，使学生直观地感受物质溶于水的热量变化。数字化手持技术准确地呈现实验数据，不仅能够加深学生对所学知识的理解，还能够培育学生的“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。

（二）通过“术”“学”融合，强化定量分析

高中化学教学一直围绕“分析现象与得出结论”展开探究，而疏于对现象与结论深层次的关联研究，致使学生对化学的理解处于“只见树木不见森林”的层面，难以做到灵活运用。我们可以借助数字化手持技术实现定性研究与定量分析的有机融合，促使学生实现宏观辨识，并从微观切入观察，更准确、更客观、更科学地解读各项结论，引领学生走向深度学习。“影响化学平衡的外界因素”是高中化学的重点教学内容，如压强对NO2的双聚平衡的影响：随着压强的增大，反应向生成四氧化二氮的方向进行，透光率降低；而在较低压强下，反应向生成二氧化氮的方向进行，透光率升高。通过测量透光率的变化，学生能够更加直观和精确地探究压强对NO2双聚平衡的影响，这种方法不仅操作简便，而且能够获得更可靠的结果。

又如，利用硫代硫酸钠与硫酸反应出现沉淀的快慢来判断外界条件对反应速率的影响时，由于人眼视觉具有较强的主观性，故通过肉眼来观察判断存在一定的误差。而利用数字化手持技术探究“相同浓度硫代硫酸钠与不同浓度稀硫酸的反应”时，通过光电色度计采集反应体系中的透光率数据，绘制随时间变化的透光率曲线图，能直观地呈现出浓度对反应速率的影响。

再如，利用数字化手持技术监测二氧化碳与水反应过程中的pH、二氧化碳浓度的变化，可揭示压强对反应速率的影响。通过精确的数据，学生更易于理解：对于有气体参与的反应，压强会影响浓度，从而影响反应速率。利用数字化手持技术还可定量探究、比较同浓度氯化铁和氯化铜对过氧化氢催化分解的影响效果。借助数字化手持技术，可以将传统的定性实验改成定量实验，这样既能在教学过程中无形渗透并发展控制变量法的学科思维方法，同时还能使实验具有更强的说服力，有利于提升学生的数据处理能力和定量分析能力，培养学生严谨求实的科学态度。

（三）通过“术”“学”融合，减少实验误差

通过人的感官分析实验现象、判断实验结果，容易造成误差，而数字化手持技术能够很好地解决这一问题。在氧化还原反应实验中，学生以往需通过观察颜色变化来判断反应进度，但此方法易受人为及环境因素影响，导致实验结果的可靠性较低。引入数字化手持技术设备，如电化学传感器、光谱分析仪等，能实时监测反应过程中的电化学信号变化，从而精确判断反应进度，减少实验误差。在物质性质实验中，学生通常通过肉眼观察实验现象来判断物质性质，但这种方法受实验条件、观察角度等因素影响，使得实验结果的可靠性不高。数字化手持技术设备，如红外光谱仪、拉曼光谱仪等，能实时测量物质的光谱特性，从而准确判断物质性质。此外，这些数字化实验设备还具备存储及对比不同物质谱图的功能，有助于学生深入理解物质性质。

例如，传统的酸碱中和滴定实验以滴定管和指示剂为主要工具，但由于滴定管的操作较为复杂，指示剂变色范围广，并不容易掌握，无疑增加了实验失误率。而且由于人体辨识度的差异，容易导致实验结果出现误差。教师可以运用滴定仪和电导率传感器来优化实验过程，提高实验的准确性和效率。基于电导率曲线的变化情况，可准确地确定滴定终点，实验结果更加可靠。

依托数字化手持技术显化实验过程，可以帮助学生捕捉关键节点，对实验原理形成深刻的认知。此外，实验方法的创新有助于打破学生的思维定式，让学生学会多角度思考问题，激发学生的创新欲望，摆脱“拿来主义”学习思维，更积极主动地探索更为简单易操作的实验方法，促进思维能力的进一步发展。

（四）通过“术”“学”融合，强化学生学习能力和动手能力

高中化学课堂教学不仅仅是知识的传授，更是对学生自主学习能力和动手能力的培养。因此，教师要摆脱过度依赖教材和教学参考书的教学模式，转向根据化学课程的内在规律以及学生的认知特点来设计教学。数字化手持技术的应用为教师提供了新的教学工具和手段。通过运用数字化手持技术，教师可以构建一个更为直观和互动的学习环境，帮助学生更好地理解化学知识。这种技术不仅有助于学生了解、辨识、表述化学知识，还能帮助他们进行实验操作、分析和决策，从而在实践中培养他们的学习能力和动手能力。

在一些实验环节中，数字化手持技术发挥了不可替代的作用。例如，在实验物质具有危险性时，传统的教学方式无法让学生亲自动手操作，而数字化手持技术则可以模拟实验过程，让学生在安全的环境中学习和实践。这种教学方式不仅可以避免危险，还能让学生更深入地理解实验原理，提高他们的实验技能。如在“酚类与醇类”的教学中，教师将这两种物质进行对比分析，让学生观察它们的结构与性质之间的关系。由于酚类的代表物质苯酚有毒，不适合用于学生实验，但学生可以利用虚拟现实技术（VR）模拟测量苯酚的密度、熔点、沸点等物理性质，还可以模拟化学反应，并通过无线网络将数据传输至计算机进行分析。模拟实验能帮助学生理解知识，把握原理。这样，学生不仅能够掌握酚类的基本性质和实际应用，还能理解它与其他有机物之间的转化关系。

综上所述，数字化手持技术和高中化学教学相融合，是提高学生化学学科素养，培养学生探究能力、数据处理能力、分析解决问题能力的有效途径。只有不断优化教学资源、提升教师专业素养、完善实验教学体系、加强硬件设施建设及注重学生创新能力培养，才能真正实现数字化手持技术在高中化学教学中的应用价值，进一步推动我国高中化学教育的发展。

［   参   考   文   献   ］

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（责任编辑    罗    艳）