初中化學(xué)課堂數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)實驗中原有的定性實驗，不再能滿足學(xué)生的探知需求，為了增質(zhì)提效，數(shù)字化實驗應(yīng)運而生。數(shù)字化實驗是探究物質(zhì)及物質(zhì)間反應(yīng)情況或程度的一種工具，將反應(yīng)過程中的抽象或微觀的現(xiàn)象以直觀的數(shù)據(jù)或曲線等形式呈現(xiàn)，作為化學(xué)實驗教學(xué)的工具，可以創(chuàng)造出高效的學(xué)習(xí)環(huán)境，便于學(xué)生第一時間理解和分析實驗現(xiàn)象，掌握實驗過程和實驗原理，這對于化學(xué)實驗教學(xué)有著至關(guān)重要的作用。一、數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用背景如今，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，科技能力不斷加強，我們的教學(xué)工作面臨著新的挑戰(zhàn)，尤其是在每章節(jié)的重難點突破方式上，需要滿足更高的學(xué)業(yè)質(zhì)量要求?；瘜W(xué)學(xué)科的特點是以實驗為基礎(chǔ)，通過對實驗現(xiàn)象的觀察、實驗結(jié)論的分析，學(xué)生可以走進物質(zhì)世界、揭示物質(zhì)奧秘。但不是所有的實驗都有明顯的現(xiàn)象，也不是所有的實驗都能通過物理性觀察得出結(jié)論。為了避免出現(xiàn)學(xué)生機械性記憶的情況，讓學(xué)生明白實驗原理，真正學(xué)習(xí)到實驗基本技能，化學(xué)實驗教學(xué)必須開發(fā)新思路，利用技術(shù)手段將化學(xué)實驗由繁入簡、由隱入顯，肩負起提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的使命?！笆殖旨夹g(shù)”也被稱為掌上實驗室，是由微電子技術(shù)和電腦兩者結(jié)合的數(shù)字化實驗技術(shù)，手持技術(shù)儀器一般包括：電腦、傳感器、數(shù)據(jù)采集器還有相應(yīng)的軟件。手持技術(shù)能一同完成數(shù)據(jù)的采集和分析，以曲線的形式呈現(xiàn)在電腦上，具有直觀性、實時性、定量性等特點。將手持技術(shù)應(yīng)用到初中的化學(xué)實驗教學(xué)和探究性學(xué)習(xí)中，能有效地轉(zhuǎn)變學(xué)生已往的抽象實驗、預(yù)設(shè)性實驗的學(xué)習(xí)方式，能簡化實驗的分析過程，利用直觀且客觀的數(shù)據(jù)及曲線等信息，更便于得到實驗結(jié)果。在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，形成化學(xué)觀念，有針對性地解決實際問題上，數(shù)字化手持技術(shù)的實驗探究，體現(xiàn)出了當(dāng)下基礎(chǔ)教育改革的理念和思想。二、數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用策略以統(tǒng)編版化學(xué)教材（五四制）九年級第三單元課題2“酸與堿的中和反應(yīng)”的教學(xué)過程為例，在盛裝5mLNaOH溶液的小燒杯中滴入無色酚酞溶液，燒杯中的溶液由無色變?yōu)榧t色，說明溶液是堿性的，再向此紅色溶液中逐滴加入稀鹽酸，邊加邊攪拌，至溶液由紅色變?yōu)闊o色為止，說明溶液此時已不顯堿性。學(xué)生通過觀察到溶液顏色的改變，推理判斷溶液中的NaOH已經(jīng)被消耗，從而證明NaOH與稀鹽酸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。通過反應(yīng)物被耗盡，得到兩種物質(zhì)間反應(yīng)的發(fā)生，學(xué)生通過定性和推理的方式得出結(jié)論，并沒有直觀獲取物質(zhì)減少的過程和被消耗的相關(guān)數(shù)據(jù)。此實驗的弊端是在NaOH被部分消耗的時候，無法證明反應(yīng)物在減少，即教材上的實驗只能定性得到結(jié)果，實現(xiàn)不了一部分反應(yīng)物參加反應(yīng)的定量情況。但如果利用數(shù)字化手持技術(shù)輔助教材實驗，由原始的定性變成定性和定量相結(jié)合，由原始的宏觀現(xiàn)象變成通過微觀反應(yīng)來解釋宏觀現(xiàn)象，由抽象的實驗變成直觀的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，采用宏微結(jié)合的思想，讓學(xué)生對實驗過程的理解更加充分。本實驗可以采用數(shù)字化手持技術(shù)，從體驗pH變化、溫度變化和電導(dǎo)率變化的過程，多角度呈現(xiàn)NaOH與稀鹽酸發(fā)生中和反應(yīng)的現(xiàn)象。通過數(shù)字化手持技術(shù)獲得的實驗證據(jù)，有助于分析酸堿中和反應(yīng)的實質(zhì)，進而形成認識復(fù)分解反應(yīng)的微觀視角。中和反應(yīng)中pH、溫度、電導(dǎo)率等變化的數(shù)值曲線實證，體現(xiàn)出化學(xué)實驗數(shù)據(jù)處理和分析的一般過程，初步形成研究無明顯現(xiàn)象反應(yīng)的思維模型。（一）利用pH傳感器完成NaOH溶液與稀鹽酸的實驗探究（見表1）表1pH變化分析表此實驗中pH的變化特別明顯（見圖1），曲線變化較大，能夠直接看到pH由大于7到接近7，在持續(xù)加入鹽酸的過程中，pH最終小于7，能觀察到OH-逐漸減少至消失的過程。圖1pH變化曲線圖（二）利用溫度傳感器完成NaOH溶液與稀鹽酸的實驗探究（見表2）表2溫度變化分析由于溫度傳感器靈敏度高，因此得出的曲線為鋸齒狀（見圖2），在這里引導(dǎo)學(xué)生對該數(shù)據(jù)進行分析，用曲線來大致描繪溫度的變化趨勢，即可得到清晰的曲線圖。引導(dǎo)學(xué)生分析圖中的相關(guān)信息，總結(jié)得出中和反應(yīng)為放熱反應(yīng)的特點。圖2溫度變化曲線圖但問題出現(xiàn)了，熱量來源于哪些微粒的結(jié)合？通過完成該化學(xué)反應(yīng)的方程式，可以發(fā)現(xiàn)，熱量要么來源于氫離子和氫氧根離子結(jié)合，要么來源于氯離子和鈉離子結(jié)合。這樣一來教師可以設(shè)計補充實驗的方案（硝酸鈉和氯化鉀的混合），同時也體現(xiàn)出控制變量的思想，混合過程中溫度無明顯變化，通過兩組溫度變化圖進行對比，可以看出中和反應(yīng)放出的熱量來源于H+和OH-離子的結(jié)合，進而也證明了NaOH與鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。（三）利用電導(dǎo)率傳感器完成NaOH溶液與稀鹽酸的實驗探究（見表3）可以看出，在常溫、常壓下，溶液中涉及到的離子只有Na+、Cl-、H+或OH-，與溫度測量一樣，體現(xiàn)控制變量的思想，設(shè)計實驗的過程中，同樣增加對比實驗，測定鹽酸加氯化鈉、鹽酸加氫氧化鈉的電導(dǎo)率圖進行對比，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)兩幅圖的區(qū)別在于中和反應(yīng)的電導(dǎo)率是有回升（見圖3），能得到中和反應(yīng)的實質(zhì)，進而證明了NaOH與鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。圖3電導(dǎo)率變化曲線圖表3電導(dǎo)率變化分析表實驗實驗現(xiàn)象分析實驗結(jié)論電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)率曲線先逐漸下降，再逐漸上升。未滴入鹽酸時，NaOH溶液中大量存在Na+和OH-，溶液導(dǎo)電性較強，隨著鹽酸與NaOH發(fā)生反應(yīng)，溶液中H+與OH-反應(yīng)生成導(dǎo)電性弱的水，溶液導(dǎo)電性減弱，當(dāng)減弱到最低點時，說明兩者恰好完全反應(yīng)，曲線接著升高，說明鹽酸過量，大量存在H+和Cl-，溶液導(dǎo)電性增強。NaOH溶液與鹽酸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)結(jié)合三個實驗，從不同的角度和量的變化，展示給學(xué)生最直觀的數(shù)據(jù)現(xiàn)象，得出酸堿中和反應(yīng)的實質(zhì)是H+和OH-結(jié)合生成水分子，進而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出研究無明顯現(xiàn)象反應(yīng)的一般方法：反應(yīng)物被消耗或耗盡。應(yīng)用了數(shù)字化手持技術(shù)的化學(xué)實驗，把不同的物理量以變化曲線的形式展示出來，讓學(xué)生從多角度看到了NaOH與鹽酸反應(yīng)的現(xiàn)象，學(xué)生更直觀地看到反應(yīng)中物質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)的變化過程，從而更深刻地理解了中和反應(yīng)[2]。在定性的基礎(chǔ)上，在結(jié)合定量的分析得出反應(yīng)能夠發(fā)生的結(jié)論。三、結(jié)論與反思《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》中明確提出，輔助學(xué)生能用嚴謹性強、科學(xué)性強的語言和必要有效的信息技術(shù)手段合理描述并整理出探究的過程和結(jié)果，并能從多視角對常見的化學(xué)實驗進行全面地探討和分析?？梢?，數(shù)字化的手持技術(shù)作為提升課堂教學(xué)質(zhì)量的有力手段，可以為化學(xué)實驗的教學(xué)提質(zhì)增效。用數(shù)字化手持技術(shù)實驗來