数字化手持技术在高中化学教学中的应用

(整期优先)网络出版时间:2021-02-24
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数字化手持技术在高中化学教学中的应用

张林香

章丘中学 山东济南 250200

摘要:近年来,数字化实验成为中学化学教学中一道亮丽的风景,实现了实验手段的数字化、测量呈现实时化、现象规律可视化,实现了信息技术与化学实验教学的深度融合,解决了传统实验只能定性、不能定量,定量却无法体现过程的现状。开设选修课,可以将传统化学课堂中的定性实验改为定量实验,如测定温度、浓度、同离子效应等多种因素对电离平衡的影响。基于此,本文章对数字化手持技术在高中化学教学中的应用进行探讨,以供相关从业人员参考。

关键词:数字化手持技术;高中化学;应用

引言

数字化实验是指以传统实验技术为基础,通过数字化设备演示操作、采集和处理数据,通常由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成。当前,数字化实验室日益普及,高中化学教师要认清传统实验和数字化实验间的关系,通过融合创新实验教学内容与形式,利用真实操作和形象的数字图形表达化学规律,提高学生的动手能力与思维水平。

一、数字化手持技术

数字化手持技术是一种便携实验技术,是由数据收集器、探头以及相关软件组成的一体化技术,用于数据的收集与分析。数据收集系统能够与电脑联网处理信息,该系统能够定量收集温度、pH、电导率、色度、压强、氧气浓度(包括溶解氧)、二氧化碳浓度以及多种离子浓度等数据,并以曲线形式呈现在电脑上。数字化手持技术实验在我国基础教育领域的应用和研究起步较晚,约在20世纪90年代进入我国,最初应用于物理教学中,随后被引入到化学等其他学科教学中。

二、高中化学实验教学中存在的问题

(一)学校化学实验室的建设欠佳

化学在高考中占有较高的分数比重,因此,学校比较重视高中化学教学成绩,忽视化学实验操作,对学校化学实验室的建设不够重视,实验室的各项设施不够完善,部分高中在化学实验器材配备上存在不足,或者在实验过程中出现器材损害后得不到及时修补的情形。仪器、药品、器材等实验资源的欠缺,会影响化学实验的进程,进而影响高中化学实验的教学效果,教师实验教学的积极性受挫,久而久之,学生也对化学实验提不起兴趣,影响学生的化学实验操作能力和化学素养的培养。

(二)教材与实际的化学实验实践活动联系得不够密切

在现在的高中化学教学过程中,实验的教学所显示出来的一个很重要的问题就是教材和实验的联系不够密切,实验中的设计科学性和合理性都不够,使学生没有办法对化学实验有主观的认知。学生在大多数情况下进行化学实验都处于一种很盲目的状态,也就是说,在进行化学实验的演示过程当中,学生大多数是进行被动的观察和接受,并模仿教师进行实验的一系列行为,甚至有些学生是在机械地进行这件事情。

三、数字化手持技术在高中化学教学中的应用

(一)数字化实验培养科学探究的关键能力

由于数字化实验仪器具有携带方便、精密度高、研究量化等优越性,故很适合用于开展学生的探究活动。比如,学生在开展“测定黄河水质变化”“探究消毒液氧化性和酸度”等探究活动中,自行查阅资料、制订实验计划、观察、评估、适时调整实验等,灵活运用各种知识与技能。有时需要对不同的变量数据之间的相关或因果关系做进一步的探讨,对变量的关系进行假设并设计相应的实验来验证,这一过程极大地训练了学生发现问题和分析问题的能力、假设和推理的能力、实验设计与调控的能力、动手操作和观察的能力、收集和处理数据的能力、总结和归纳的能力、解释与表达的能力等。在这一过程中,学生收获了科学的研究方法,学会多角度观察、思考、发现和解决问题,提高了对探究活动的兴趣,发展了实践能力以及科学探究的关键能力。

(二)数字化实验拓宽学生的知识面

利用实验新技术,为学生提供创新的舞台现代社会,科学技术在迅猛发展,新技术、新成果在不断涌现,只有不断地获取并储备新知识、新信息,掌握科学发展的最新动态,才能产生创新的灵感。在化学实验教学中,出现了许多实验新技术。作为教师,要不断学习,熟悉和掌握这些实验新技术,把他们引入到课堂教学中,为学生提供创新的舞台。数字化实验仪器的应用,学生发现原来定性的实验还可以从定量的角度进行分析和呈现;微型实验仪器的使用,学生发现实验装置是可以简化的,仪器所占的空间是可以节约的,试剂的用量和能源的消耗是可以减少的,实验的时间是可以缩短的,污染是可以减少的,实验安全系数得到了提高,“绿色化学”的要求得到了体现。因此,利用实验新技术,开阔了学生的视野,拓宽了学生的知识面,丰富了他们的创新思维,为他们提供了创新的舞台。

(三)数字化实验的设计辅而不滥

数字化创新设计易陷入滥用的误区,将课堂实验“能省则省”“能换则换”。数字化实验创新应发挥其辅助作用而非替代作用,“能让学生做的实验就不应仅仅让学生看”,合理地进行数字化设计,做到“辅而不滥”。例如,在“盐类的水解”一课中,有教师利用色度传感器与数据采集器辅助探究影响Fe3+水解的因素,其中FeCl3溶液的配制,温度、pH、反应物浓度的调节等实验环节加强了对学生实验操作技能的训练,促进了学生对科学方法与科学探究过程的学习;认识Fe3+水解程度时,传感器与采集器对Fe3+吸光度的测定更让学生体会到了现代技术手段的创新对化学科学的重要价值。数字化创新实验并不是将实验室搬上电子屏幕的替代过程,而是提供给部分实验结果不易观察的定量连续测量实验的新思路与新方法,如探究浓度对化学反应速率的影响、温度对化学平衡的影响等,教师需合理运用数字化设计,在现代技术与化学实验的创新与融合中加强学生的问题解决能力、曲线分析能力,促进“宏微符表”四重表征能力的发展,培养学生定量探究的思维。

、数字化手持技术在高中化学教学中的应用实例--酸碱中和滴定实验

酸碱中和滴定实验是一个对实验操作和数据处理要求都比较高的实验。在酸碱中和滴定实验中,用已知浓度的酸或碱滴定未知浓度的碱或酸,然后,利用浓度计算公式,根据已知浓度的酸或碱的体积,求出需要测定的未知的碱或酸的浓度。教师在课堂实验演示中往往会将一些指示剂提前加入到待测溶液中,以此来确定滴定的终点。但教师在实际的操作过程中,往往会因为各种原因造成较大的实验偏差,观察不到滴定突变等现象,使教学非常抽象。这时,如果使用数字化手持技术,通过探头实时监测溶液的酸碱性,经过电脑对数据的计算和处理,可以得到实时滴定曲线,滴定曲线的变化直观地显示了滴定突跃等现象,便于直观、清晰地了解并掌握酸碱中和滴定实验过程中溶液酸碱性的变化,并在滴定终点自动计算出待测溶液的浓度,避免了教师的无谓讲解。

结束语

综上所述,在高中化学教学活动中,教师既要认识到传统实验是长期的经验积累,又要积极融入数字化实验,只有做到两者的完美融合、各展所长,才能为学生带来更为真实、直观、精确、全面的实验内容,帮助他们学习好理论知识,优化整体教学成效。

参考文献

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