数字化手持技术是基于现代信息技术、传感器技术、数据采集、智能控制等进行实验的技术系统,具有实时性、准确性、便携性、直观性和综合性的特点。在高中化学教学中,教师应用数字化手持技术可从“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”等多个维度入手,培育学生的化学学科核心素养。
一、数字化手持技术在化学教学中应用的优势
(一)强化现象表征
在传统的化学实验教学中,对于那些现象不明显,过程不明确,时间长,会产生有毒气体和有害物质的实验,老师们只能通过口头描述或者是放视频来说明,这会大大降低学生的学习兴趣。通过使用数字手持技术,可以方便地进行实验,获得更准确的数据,效果也更直观、更清晰。在这个过程中,学生既可以对实验的过程和结果进行观察,也可以通过实验数据来理解所蕴含的实验原理。比如,在学习“钠的化合物”这一课时,课本上要求学生检验Na2CO3、NaHCO3的碱性,还有Na2CO3、NaHCO3在水中的吸附、放热,将酚酞滴入相同浓度的Na2CO3、NaHCO3溶液中,就能看出这两种溶液的碱性强弱。但是,在Na2CO3、NaHCO3溶解于水中的吸附、放热实验中,因热变弱而导致试验失败。针对此现状,笔者利用数码手持式技术,让学生对溶解在水中的物质的热量变化有了一个直观的认识。数字手持式技术将实验数据精确地展示出来,既可以帮助学生更好地了解所学的知识,又可以培养学生的“宏观识别和微观探究”学科核心素养。
(二)帮助学生了解微观本质
化学是研究分子及类分子的科学,宏观看现象,微观找原因,宏观加微观是学习化学的重要方法。在讲授高中化学新教材选择性必修二“物质结构与性质”一课时,很多抽象的化学概念无法用宏观实验现象说明,学生很难理解其原理。此时,笔者借助数字化手持技术为学生设计了简单易操作的探究实验,让学生通过清晰直观的实验图像、曲线变化等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,在探究分子间作用力大小因素时,笔者利用温度传感器分别测量了正丁醇、正丙醇、乙醇、甲醇4种醇挥发时温度的变化,学生根据曲线清晰地看出不同醇挥发时温度下降幅度也不同,他们通过数据分析发现:对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔点也越高。
二、数字化手持技术在高中化学教学中的应用策略
(一)强化传统实验与数字化手持技术的有机融合
数字化手持技术有着便捷、实时监测、准确、直观等优点,不仅能够帮助学生直观形象地掌握化学概念和规律,了解物质的化学性质,还能够培养学生的观察能力和分析问题能力,强化学生的实验操作技能。但学生借助数字化手持技术完成数据采集和计算,势必会影响动手能力、探究能力、合作能力的进一步发展和提升。因此,在化学教学中,教师应理性看待数字化手持技术的应用,不能用其完全替代传统实验。为了进一步提升学生的化学学科素养,充分发挥数字化手持技术的优势,教师应根据教学内容、学情将传统实验和数字化手持技术进行融合,确保两种实验优势互补,帮助学生深度理解化学本质及规律,激活学生的批判思维和创新精神,培养学生的探究能力。例如,探究同离子效应及离子反应效应对盐类水解的影响时,笔者让学生先分别向两支装有2mlFeCl3溶液的试管中滴加2滴HCl和NaOH溶液,细致观察、分析其现象,通过溶液颜色的变化判断相关离子对水解平衡的影响。再用数字化手持技术利用浊度传感器测定溶液的浑浊程度,对盐类水解进行平衡移动追踪。这两种实验方式既能锻炼学生的操作技能,培养学生严谨的科学态度,又能帮助学生通过现象及数据分析、理解平衡思想和守恒观念,在此过程中学生的数据意识、思维能力能够得到培养,教学也取得高效。
(二)借助数字化手持技术引导学生自主探究
在化学教学过程中,教师大多是按照课本中既定的实验流程,按部就班地再现实验过程,学生已提前知晓实验结果就会缺乏探究动力,他们参与课堂教学活动的积极性不高,使得化学实验难以发挥应有的作用。因此,教师可以借助数字化手持技术为学生创设相关教学情境,引导学生合作学习、自主探究、实证讨论,发展学生的“科学探究与创新意识”学科核心素养。
例如,在日常教学中,教师总告诉学生酒精灯的外焰温度最高,加热时用外焰。那么,酒精灯外焰、内焰的温度是多少呢?到底是不是外焰的温度最高呢?笔者让学生先搜集相关资料,并通过实验进行验证。 通过数字化手持技术对酒精灯内外焰温度进行测算,学生从数据看到内焰的温度最高,可达782℃左右,外焰的温度只有675℃,焰心的温度593℃。那么,教材为什么要用外焰加热呢,学生便可以通过数字化手持技术进行下一步探究,有些学生通过寻找材料理论,有些学生进行数字化手持技术测算,多次实验表明是酒精蒸气在外焰处与氧气接触的面积最大,燃烧也最充分,但由于外焰与外界大气充分接触热量散失最多,以致外焰温度低于内焰;内焰处酒精蒸气稳定,与空气接触适中,燃烧充分,发出的光也最明亮;焰心处由于接触大气面积最小,酒精蒸气没有充分燃烧,温度最低。
三、结语
教育的根本目的是立足“人的发展”,数字化手持技术与化学学科的深度融合也是“人文、技术、学科”的大融合。从教师层面来看,数字化手持技术与化学教学的融合不仅能够深化教师的学科认知,还可以提升教师的教科研能力。从教学层面来看,数字化手持技术能够帮助学生在现有认知发展水平上感知科学、理解抽象化学概念。从学生层面来看,数字化手持技术与化学教学的融合,不仅能够帮助学生深度理解化学本质及规律,还能够激活学生的批判思维和创新精神,提升学生的证据意识,提高学生的科学探究能力、图像分析能力,培育学生的学科素养。
参考文献
[1]陈琛,姚如富,邵忠德,等.数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用研究[J].化学教育,2015,36(1):29-33.
[2]陈继盛.数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用[J].考试周刊,2017(75):152,173.