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手持技术在中学化学教学中的应用反思

1手持技术相关背景
中学科学教育的根本目标在于提高学生的科学素养。实验是自然科学研究的重要一环，通过实验来证实或推翻思辨、假想，通过实验对自然现象中的各种因素进行精确的测量，通过实验发现新现象、新事物和新规律……可以说，没有实验就没有自然科学。
科学实验又是与技术的进步密切相关的。技术的进步使我们能够看得更远、更细，测得更准、更快，极大地拓宽了科学实验的范畴，提高了科学实验的可信度。手持技术就是一种与现代科学密切相关的新兴技术，具有便捷、直观、实时、准确等特点，是实验改革和发展的有效手段。在中学化学教学中引入手持技术，不仅使某些在当前条件下无法实现的实验成为可能，还能促使学生了解先进的科学技术，获得科学的学习方法，形成正确的学习态度。
手持技术，顾名思义，在掌上就可以操作的技术，它是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集和处理数据系统，并能与计算机连接完成各种后期处理的实验技术系统。手持技术可以广泛应用于理科实验中，可以方便而迅速地收集各类物理、化学 、生物 、环境等数据，如位移、速度、温度、声音、光、电、力 、pH值等。

2应用手持技术的意义
2.l使实验更加现代化、简易化
手持技术使得实验教学与国际接轨，化学实验不仅在实验室进行，还可以在 户外等场所 随时随地进行。一些在传统实验室无法实施的实验也可顺利进行；一些难于理解的科学概念和原理，借助于手持技术的实验变得容易认知。例如二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系，压强影响平衡的移动，其他条件不变，增大压强平衡会向减小压强的方向移动，这对中学生来说非常难理解，但通过手持技术测出实际压强变化，难点迎刃而解。此外，在实验结果上，仪器会自动显示给学生清晰的实验结果而不需进行复杂的数据 处理工作。
2.2使实验更加综合化
实验的综合化不仅体现在实验手段上，同时也体现在实验内容上。
实验手段的综合化主要是指在手持技术实验中，应用了不同的实验仪器装置，具有广泛性 和综合性。计算机、数据采集器、传感器和相应软件与其他化学仪器的整合更加突出了手段的信息化，现代化，综合了时代信息。
实验内容的综合化是指手持技术不仅能实现单一学科单因素及多因素研究，而且还体现了跨学科的多因素研究，多角度观察，并与现代信息技术完全整合，同时体现了研究性、探究性实验等综合实践活动。
2.3使实验不仅关注定性研究而且进行定量研究
一些传统的实验往往只能让学生明白 “有什么”，而不清楚 “有多少”，学生也只能对化学现象有一个肤浅的认识 (定性研究 )，而不能在量上有一个清晰的认识 (定量研究)。手持技术的实验研究结果会给学生直观的数据或图像显示，更加体现了科学的准确性。例如二氧化锰作催化剂的双氧水分解，传统的实验操作只能了解催化剂可以加快或减慢化学反应的速率，但是应用手持技术可以准确地运用压力传感器测得所分解氧气的压力，通过做线性回归，图形的斜率就是该化学反应的速率，如利用手持技术探究催化剂对双氧水分解的影响实验，效果非常好。另外还可以定时测量化学反应，即时获得反应过程中的定量数据。
2.4使实验教学中教师和学生角色完成更充分
传统的化学实验因为过程复杂，步骤繁琐，往往使学生在实验课中扮演了一个参加机械劳动的 “机器 ”，学生在实验操作过程中必须把大量的精力和时间花费在操作过程上，没有足够的时间观察现象、思考问题和提出问题。 利用手持技术进行的实验不仅可以解决上述问题。教师也从“信息源” 向 “信息平台”转变，教师不仅能够输出信息，而且可以交换信息，还能够接受学生输出的信息，从而可以促成课堂中信息的双向和多向交流，实验操作的简单化使得学生有足够的时间来发现问题，解决问题，真正实现了课堂中的师生互动乃至生生互动，使教师与学生的角色发生了根本转变。
2.5使课堂变得更加高效
手持技术在本质上与多媒体技术一样，都是为课堂教学服务的辅助认知手段和工具。手持技术运用在教学中除了作为学生的认知工具外，同时也是教学信息的传递工具。手持技术利用现代电子传感科技进行化学实验，将化学实验过程中每个时刻的化学变化直观地呈现在学生面前，在引导学生感受到高新科技时代气息的同时也使学生从动态角度对化学物质变化有了更本质的认识。
2.6使课外探究多了一项利器
手持技术突破了空间和时间的限制，使得化学实验并不只在实验室中才能进行，学生可以利用手持技术随时随地研究生活中遇到的化学问题，有利于学生将化学学科知识应用于生活，体验化学对于生活的重要价值，进而建立更为完善的化学价值观。手持技术冲破了传统实验的内容和方式的束缚，表现出极大的张力，将许多经典的化学实验化繁为易，同时也将实验的对象扩展到生活中的方方面面，利于学生主动参与，开阔思路，增强他们的科技意识和创新意识。将化学学科知识与探究技能整合，发散学生的科学思维、训练其科学方法，帮助学生形成科学的思维方式，培养学生解决问题的能力。如测量相同pH的盐酸与硫酸同金属反应的比较。
2.7促进学生思维品质的提升
学生在应用手持技术进行化学实验前后所持的化学变化观有了非常显著的变化，体会到了化学实验的真实情景，从而有利于教学内容的理解与掌握。

3手持技术的应用示范——探究氢氧化钠浓度对酚酞显色的影响
准备好相关装置与试剂，将色度传感器接入系统主机数据采集接口，连接好计算机、数据采集器、色度传感器之间的连线，运行数字化实验系统。
①将色度传感器中的标准容器装入蒸馏水，插入红色滤光片，旋转色度传感器上的调节透光率旋钮，使初始的透光率为100%。
②选择“1/s、200个，手动采集”
③用滴管吸取5mol/L NaOH溶液加入标准容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，测得数据见下图1：约30秒褪为无色。
④用滴管吸取2.5mol/L NaOH溶液加入标准容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，测得数据见下图2：约90秒褪为无色。

图1 图2
⑤用滴管吸取1mol/L NaOH溶液加入标准容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，测得数据见下图3：约400秒褪为无色。

图3
⑥用滴管吸取0.1mol/L NaOH溶液加入标准容器三分之二高度，加入一滴0.2%酚酞溶液，测得数据见下图4：红色保持很长时间，肉眼肯定观测不出，但色度值逐渐增大，表明酚酞正在缓慢与碱反应。
时间(s) 色度(%)
1 85.9704
50 86.224
100 86.6044
150 87.03552
200 87.33984

图4
为避免空气中二氧化碳对氢氧化钠浓度的影响，另做对比实验：用pH传感器测同浓度氢氧化钠溶液露置于空气中的pH变化，表明5分钟内几乎无影响
以上实验优点在于：用量极少（前者只需几滴试剂），节约试剂；现象明显，肉眼观察颜色变化很不准确，而数据显示一目了然！通过实验表明氢氧化钠与酚酞的反应是个可逆反应，氢氧化钠浓度增大则反应正向移动，并且浓度越大反应越快。
将手持技术应用于中学化学，可以取得传统实验无法在达到的良好效果，有利于提高教学的效率，尤其在研究化学反应速率较快、计算原理复杂、耗时过多、学科综合性强、无确定答案的探究方面体现出极大的优势！

4手持技术应用中存在问题、反思与展望
4.1加强手持技术仪器的配套
开展实验探究，除了要让学生感兴趣之外，还要求传感技术仪器便于探究。因为有的传感仪器没有配套的装置，导致实验无法或难以进行。如我们使用的压力传感器没有配套的塞子与反应容器。
4.2经费的投入问题。
配备完整的以传感设备为主的数字化实验室，需要大量的经费支持。完整的数字化实验设备，一般需要几万到上百万的资金投入，这对于普通中学来说是一笔庞大的数目，需要很大的经费支持。所以，作为一项先进的技术引入课堂教学中乃至在课堂教学中的广泛应用，这必然是个长期的过程。建议采取县区统一配套，各校分时间段使用，以提高使用效率并降低成本。
4.3仪器的稳定性和精确度问题
应用传感技术进行中学化学实验探究，有很多的优点。但这些优点是建立在传感技术的精确和稳定的基础上的。有的传感仪器存在着性能不稳定及由此导致的结果不精确等问题，这对开展有效的实验探究是非常不利的。在学生进行自主—探究阶段，大多数在小组选择课题时，竭力选择避开那些稳定性不高，精确度差的传感器，要求厂商提高仪器的稳定性和精确度的同时，还应开展技术支持与培训工作。
4.4 手持技术应用的创新设计
从目前的研究来看，手持技术的应用范围还不够广，更多的创新设计有待开发。把手持技术与高中化学“探究式学习”加以整合，把手持技术融入化学实验中，能使学生学会如何进行探究性实验学习；学会合作学习，培养科学严谨的态度和对社会的责任感；学会从定量的角度分析和解决问题，探求变量之间的因果关系和相关关系，发展了学生的问题解决能力 ，真正体现了新课标教育思想。
4.5 手持技术与课堂教学的融合
手持技术开创了一种崭新的实验教学模式，学生对这样的仪器充满新鲜感，而实验过程的新颖、独特，也有极大的吸引力，很大程度激发了学生的好奇心和探究欲望。此外，手持技术的实时、准确、定量等特点提高了学生科学探究的水平，也降低了实验和学习的难度，学生通过手持技术可以解决更多关于化学学科的问题，逐渐认识到化学实验在化学学科中的重要功能，增进学生利用化学实验来解决问题的动力。在一线教学中如能找到更多的融合点会更能发挥手持技术的作用。

参考文献
[1]钱扬义．手持技术在理科 实验中的应用研究[M].北京：高等教育出版社，2003．
[2] 赵成兰．传感技术在化学新课程实验探究中的应用[D].南京.南京师范大学化学系.2008
[3]张倩，方舟等.手持技术在国内化学教学中的应用研究进展[J].化学教育，2011，(10)

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