馮俊玲

數(shù)字化手持技術(shù)是基于現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、智能控制等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的技術(shù)系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點(diǎn)。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)可從“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等多個(gè)維度入手，培育學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、數(shù)字化手持技術(shù)的內(nèi)涵

數(shù)字化手持技術(shù)即數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，集教育和信息技術(shù)為一體的新型教學(xué)工具。數(shù)字化手持技術(shù)是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計(jì)算機(jī)+處理軟件”組成的能夠采集化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以圖表的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段。數(shù)字化手持技術(shù)有著強(qiáng)大的感知功能、現(xiàn)代化信息處理及儲(chǔ)存功能、后期數(shù)據(jù)處理功能等，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)圖結(jié)合、記錄細(xì)微過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、自動(dòng)生成圖像，以及讓化學(xué)反應(yīng)的瞬間變化“可視化”，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

二、數(shù)字化手持技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.能夠強(qiáng)化現(xiàn)象表征

在傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師針對(duì)一些現(xiàn)象不明顯、過(guò)程不明朗、耗時(shí)長(zhǎng)、會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，只能用口頭描述或播放視頻的方式進(jìn)行講解，這樣會(huì)嚴(yán)重減弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用使實(shí)驗(yàn)操作更加便捷，數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，效果更加直觀、清晰，學(xué)生從中不僅能夠觀察實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果，還能夠利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)了解其中包含的實(shí)驗(yàn)原理。

例如，在鈉的化合物一課中，教材要求學(xué)生驗(yàn)證Na2CO3和NaHCO3溶液堿性的強(qiáng)弱，以及Na2CO3和NaHCO3溶于水的吸放熱情況，學(xué)生可以向等濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液滴加酚酞，判斷兩種溶液堿性的強(qiáng)弱，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯。但在Na2CO3和NaHCO3溶于水的吸放熱實(shí)驗(yàn)中，由于熱量變化過(guò)于微弱，實(shí)驗(yàn)經(jīng)常失敗。此時(shí)，筆者應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)變化，使學(xué)生直觀地感受了物質(zhì)溶于水的熱量變化情況（如圖1所示）。數(shù)字化手持技術(shù)準(zhǔn)確地呈現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，還能夠培育學(xué)生的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.能夠幫助學(xué)生了解微觀本質(zhì)

化學(xué)是研究分子及類(lèi)分子的科學(xué)，宏觀看現(xiàn)象，微觀找原因，宏觀加微觀是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法。在講授高中化學(xué)新教材選擇性必修二“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”一課時(shí)，很多抽象的化學(xué)概念無(wú)法用宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明，學(xué)生很難理解其原理。此時(shí)，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)為學(xué)生設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易操作的探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)清晰直觀的實(shí)驗(yàn)圖像、曲線變化等分析物質(zhì)內(nèi)部微粒間的相互作用，感受物質(zhì)的變化過(guò)程。

例如，在探究分子間作用力大小因素時(shí)，筆者利用溫度傳感器分別測(cè)量了正丁醇、正丙醇、乙醇、甲醇4種醇揮發(fā)時(shí)溫度的變化（如圖2所示），學(xué)生根據(jù)曲線清晰地看出不同醇揮發(fā)時(shí)溫度下降幅度也不同，他們通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔點(diǎn)也越高。由此可見(jiàn)，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)變抽象為直觀、靜態(tài)為動(dòng)態(tài)、化無(wú)形為有形，為學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)奠定了一定的基礎(chǔ)。

3.能夠輔助師生破解教學(xué)難點(diǎn)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些原理比較復(fù)雜或多種因素共同作用的化學(xué)現(xiàn)象，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)又很難揭示其本質(zhì)規(guī)律，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。此時(shí)，筆者根據(jù)教學(xué)難點(diǎn)，借助不同傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將抽象、復(fù)雜的理論知識(shí)以圖像、動(dòng)態(tài)曲線等形式直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生透過(guò)表面看本質(zhì)。這種教學(xué)方式不僅降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，還在一定程度上提升了教學(xué)效果。

例如，在講授高中化學(xué)新教材選擇性必修一“化學(xué)反應(yīng)原理”一課時(shí)，筆者針對(duì)化學(xué)反應(yīng)的平衡移動(dòng)、弱電解質(zhì)的電離、鹽類(lèi)的水解及難溶電解質(zhì)的溶解平衡等知識(shí)，借助數(shù)字化手持技術(shù)打破傳統(tǒng)概念教學(xué)的局限性，為學(xué)生補(bǔ)充了很多宏觀的事實(shí)性材料，幫助學(xué)生更好地從微觀上理解和探究抽象的概念原理，從“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等多個(gè)維度培育了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

又如，在講解“稀釋時(shí)，弱電解質(zhì)的電離度增大”這一知識(shí)時(shí)，常規(guī)的教學(xué)方法是利用電離常數(shù)與濃度商的關(guān)系說(shuō)明平衡移動(dòng)的方向，這種方法過(guò)于抽象，教學(xué)難度大，且醋酸濃度大于0.1mol/L時(shí)不符合稀釋定律，存在一定的偏差，顯然不是理想的方案。此時(shí)，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)，利用電導(dǎo)率傳感器、光電門(mén)（滴數(shù)傳感器）和pH傳感器監(jiān)測(cè)稀釋冰醋酸過(guò)程中電導(dǎo)率和pH的變化，并形成圖像（如圖3所示），幫助學(xué)生破解難點(diǎn)問(wèn)題，發(fā)展學(xué)生的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科素養(yǎng)。

三、數(shù)字化手持技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

1.強(qiáng)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化手持技術(shù)的有機(jī)融合

數(shù)字化手持技術(shù)有著便捷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確、直觀等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠幫助學(xué)生直觀形象地掌握化學(xué)概念和規(guī)律，了解物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析問(wèn)題能力，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。但學(xué)生借助數(shù)字化手持技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，勢(shì)必會(huì)影響動(dòng)手能力、探究能力、合作能力的進(jìn)一步發(fā)展和提升。因此，在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)理性看待數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用，不能用其完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。為了進(jìn)一步提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，充分發(fā)揮數(shù)字化手持技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化手持技術(shù)進(jìn)行融合，確保兩種實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，幫助學(xué)生深度理解化學(xué)本質(zhì)及規(guī)律，激活學(xué)生的批判思維和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

例如，探究同離子效應(yīng)及離子反應(yīng)效應(yīng)對(duì)鹽類(lèi)水解的影響時(shí)，筆者讓學(xué)生先分別向兩支裝有2mlFeCl3溶液的試管中滴加2滴HCl和NaOH溶液，細(xì)致觀察、分析其現(xiàn)象，通過(guò)溶液顏色的變化判斷相關(guān)離子對(duì)水解平衡的影響。再用數(shù)字化手持技術(shù)利用濁度傳感器測(cè)定溶液的渾濁程度，對(duì)鹽類(lèi)水解進(jìn)行平衡移動(dòng)追蹤。這兩種實(shí)驗(yàn)方式既能鍛煉學(xué)生的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，又能幫助學(xué)生通過(guò)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析、理解平衡思想和守恒觀念，在此過(guò)程中學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)、思維能力能夠得到培養(yǎng)，教學(xué)也能夠達(dá)到理想的狀態(tài)。

2.借助數(shù)字化手持技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生自主探究

在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師大多是按照課本中既定的實(shí)驗(yàn)流程，按部就班地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生已提前知曉實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會(huì)缺乏探究動(dòng)力，他們參與課堂教學(xué)活動(dòng)的積極性不高，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，教師可以借助數(shù)字化手持技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)相關(guān)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、自主探究、實(shí)證討論，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，在日常教學(xué)中，教師總告訴學(xué)生酒精燈的外焰溫度最高，加熱時(shí)用外焰。那么，酒精燈外焰、內(nèi)焰的溫度是多少呢？到底是不是外焰的溫度最高呢？筆者讓學(xué)生先搜集相關(guān)資料，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生以酒精燈火焰溫度為關(guān)鍵詞，在知網(wǎng)檢索了33篇文章，大部分為核心期刊，其中華南師范大學(xué)錢(qián)揚(yáng)義教授所寫(xiě)文章下載量和被引量最多。學(xué)生從論文數(shù)據(jù)看到內(nèi)焰的溫度最高，可達(dá)782℃左右，外焰的溫度只有675℃，焰心的溫度593℃。那么，教材為什么要用外焰加熱呢，理論上認(rèn)為外焰溫度最高，原因是酒精蒸氣在外焰處與氧氣接觸的面積最大，燃燒也最充分，但由于外焰與外界大氣充分接觸熱量散失最多，以致外焰溫度低于內(nèi)焰；內(nèi)焰處酒精蒸氣穩(wěn)定，與空氣接觸適中，燃燒充分，發(fā)出的光也最明亮；焰心處由于接觸大氣面積最小，酒精蒸氣沒(méi)有充分燃燒，溫度最低。圖4是學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了一些科學(xué)研究方法和步驟，還養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3.依托數(shù)字化手持技術(shù)優(yōu)化練習(xí)評(píng)價(jià)

在化學(xué)教學(xué)中，筆者應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)有效解決了實(shí)際問(wèn)題，不僅優(yōu)化了教學(xué)方式，提升了教學(xué)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神，學(xué)生在做中學(xué)、做中思、做中悟，學(xué)科核心素養(yǎng)有了很大的提升。

教育的根本目的是立足“人的發(fā)展”，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)學(xué)科的深度融合也是“人文、技術(shù)、學(xué)科”的大融合。從教師層面來(lái)看，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合不僅能夠深化教師的學(xué)科認(rèn)知，還可以提升教師的教研能力。從教學(xué)層面來(lái)看，數(shù)字化手持技術(shù)能夠幫助學(xué)生在現(xiàn)有認(rèn)知發(fā)展水平上感知科學(xué)、理解抽象化學(xué)概念。從學(xué)生層面來(lái)看，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合，不僅能夠幫助學(xué)生深度理解化學(xué)本質(zhì)及規(guī)律，還能夠激活學(xué)生的批判思維和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力、圖像分析能力，培育學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

作者單位? 西安市教育科學(xué)研究院