手持技術(shù)在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)建構(gòu)中的應(yīng)用

許美金

（莆田第二中學(xué)，福建 莆田 351131）

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是學(xué)生必須具備的最關(guān)鍵、最基本的共同素養(yǎng)，該素養(yǎng)體系的構(gòu)建已然成為我國全面深化教育改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。普通高中化學(xué)課程在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的過程中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用［1］。高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組按照教育部課標(biāo)修訂的要求，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等五個要素的高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展離不開正確的化學(xué)學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)方式。

手持技術(shù)是由計算機(jī)和微電子技術(shù)相結(jié)合的新型數(shù)字化實驗手段，具有便攜、實時、準(zhǔn)確、綜合、直觀等特點，可以隨時隨地進(jìn)行探究活動，且能將實驗的過程存儲。同時儀器會自動顯示清晰的實驗結(jié)果而無需進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作［2］。將手持技術(shù)應(yīng)用于高中化學(xué)實驗教學(xué)的教學(xué)模式，能轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)了新一輪基礎(chǔ)教育改革的思想和理念。那么，如何將手持技術(shù)與教材中的實驗結(jié)合起來應(yīng)用于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的建構(gòu)中呢？與傳統(tǒng)化學(xué)課堂相比，運(yùn)用手持技術(shù)的教學(xué)模式又有什么優(yōu)勢？

一、微觀反應(yīng)宏觀化是建構(gòu)“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的重要保障

“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)要求學(xué)生能夠通過觀察一定條件下物質(zhì)所發(fā)生的變化這一宏觀現(xiàn)象，應(yīng)用已有的知識進(jìn)行辨識、探析，然后準(zhǔn)確地運(yùn)用符號表征物質(zhì)及其變化等。而手持技術(shù)可以使微觀反應(yīng)變得真實、直觀。連接實驗裝置及相關(guān)設(shè)備，通過計算機(jī)顯示屏可以很清楚、準(zhǔn)確地看到數(shù)據(jù)變化。計算機(jī)能將復(fù)雜的數(shù)據(jù)生成圖像，讓實驗結(jié)果一目了然地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

比如，蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第三單元“金屬的化學(xué)腐蝕與防護(hù)”，教材中設(shè)計的活動與探究“鐵的腐蝕實驗”雖然現(xiàn)象明顯，但是無法反映析氫腐蝕和吸氧腐蝕的整體變化過程，從而未能引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)內(nèi)在的本質(zhì)特點角度進(jìn)行探究分析，不利于培養(yǎng)學(xué)生透過宏觀現(xiàn)象探析微觀本質(zhì)的科學(xué)研究思維。引入手持技術(shù)對教材實驗進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，改變外界條件（強(qiáng)酸性、弱酸性和中性）后利用壓強(qiáng)傳感器將不同酸性條件下的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在電腦屏幕上。［3］學(xué)生可以直觀地觀察到鐵在這三種條件下發(fā)生電化學(xué)腐蝕過程中的壓強(qiáng)曲線。教師再引導(dǎo)學(xué)生從“宏觀—曲線—微觀—符號”四重角度對實驗過程進(jìn)行分析，從宏觀與微觀相聯(lián)系的角度運(yùn)用對比、分析、推理、假設(shè)、建立模型等思維方法形成對物質(zhì)內(nèi)在本質(zhì)特點及其變化規(guī)律的認(rèn)識，從而建構(gòu)起學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的建構(gòu)離不開實驗數(shù)據(jù)的分析

“變化觀念與平衡思想”要求學(xué)生能從內(nèi)因與外因、量變與質(zhì)變等視角較全面地分析物質(zhì)的變化本質(zhì)和規(guī)律。比如，蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題3第一單元“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”，教材中的活動與探究是將同體積同濃度的醋酸和鹽酸分別與鎂條反應(yīng)，通過觀察、比較實驗過程中氣球鼓起的情況來分析得出兩者的電離程度。該實驗可以定性地得出結(jié)論，但是會受到一些外在條件因素的影響，結(jié)果不理想。比如，最終兩個氣球大小不一、實驗需要進(jìn)行一段時間才能觀察到比較明顯的現(xiàn)象等。而引入手持技術(shù)后，通過觀察利用壓強(qiáng)傳感器生成的壓強(qiáng)曲線，實現(xiàn)兩者速率大小的比較，直觀、高效地揭示了物質(zhì)變化的本質(zhì)。

再比如，學(xué)習(xí)“弱電解質(zhì)的電離平衡”時，利用電導(dǎo)傳感器獲得醋酸稀釋過程中電導(dǎo)率變化曲線，通過觀察曲線特點運(yùn)用已有知識進(jìn)行分析、歸納、概括等得出結(jié)論。借助手持技術(shù)使得這一學(xué)生難理解、教師難教學(xué)的純理論的內(nèi)容形象化、具體化。不僅讓學(xué)生充分理解并牢固掌握了所學(xué)知識，還讓學(xué)生建立起平衡的概念及物質(zhì)會隨條件的改變而不斷變化的觀念，同時還提高了學(xué)生讀圖、析圖的能力。

三、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”需要實驗的支撐

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)要求學(xué)生能根據(jù)所研究物質(zhì)表現(xiàn)出來的性質(zhì)特點和這一過程中該物質(zhì)的變化規(guī)律提出各種可能的假設(shè)，然后收集相關(guān)有力證據(jù)并進(jìn)行分析推理，形成科學(xué)的結(jié)論。比如，學(xué)習(xí)“SO2與氫氧化鈉溶液分步反應(yīng)”的性質(zhì)時，普通化學(xué)實驗只能展現(xiàn)給學(xué)生反應(yīng)的最終結(jié)果而無法將反應(yīng)的過程體現(xiàn)出來，所以學(xué)生只能憑借記憶。而手持技術(shù)可以很好地解決這一問題，該實驗用pH傳感器獲得往氫氧化鈉溶液中通入SO2的過程中pH的變化曲線。學(xué)生通過提出假設(shè)、結(jié)果預(yù)測、分組討論、分析推理等方式對pH曲線的變化進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)得出SO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)是分步進(jìn)行的。運(yùn)用手持技術(shù)將實驗過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，不僅讓學(xué)生在知識與能力層面有所收獲，而且培養(yǎng)了學(xué)生通過觀察實驗過程中的一些物理量變化建立起“某些化學(xué)反應(yīng)不是一步完成的”的思維模型，也激起了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，使學(xué)生體驗到化學(xué)無窮的魅力。

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”要求學(xué)生能夠尊重科學(xué)事實但又不完全迷信，能發(fā)現(xiàn)問題并獨(dú)立思考，且在此基礎(chǔ)上勇于創(chuàng)新。比如，“鐵粉與新制氯水的反應(yīng)”學(xué)生往往有困惑：與Fe發(fā)生反應(yīng)的是氯水中的H+還是Cl2還是HClO？實驗中觀察不到明顯氣泡是因為H+濃度太小導(dǎo)致速率慢引起的，還是H+氧化性較弱而沒有發(fā)生反應(yīng)？這類問題的解決均可以利用手持技術(shù)進(jìn)行探究。借助pH、電導(dǎo)、溫度等傳感器提供直觀、科學(xué)、可信的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而揭秘反應(yīng)的事實和結(jié)論。該實驗教學(xué)過程中，先應(yīng)用理論知識如查閱資料得出Cl2、HClO、H+的氧化性強(qiáng)弱順序，結(jié)合氧化還原反應(yīng)規(guī)律及反應(yīng)特點初步對實驗進(jìn)行預(yù)測，提出并優(yōu)化實驗方案，接著進(jìn)行實驗探究，收集相關(guān)有力證據(jù)進(jìn)行比對分析，得出令人信服的結(jié)論。此過程培養(yǎng)了學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。

四、在手持技術(shù)實驗的過程中體現(xiàn)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”

化學(xué)與人類生活息息相關(guān)。“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)要求學(xué)生經(jīng)常關(guān)注生活中所遇到的與化學(xué)有關(guān)的情況，能夠清楚地認(rèn)識到保護(hù)人類生存的自然環(huán)境和合理開發(fā)利用現(xiàn)有有限資源的重要性及發(fā)展新能源的必要性，具備可持續(xù)發(fā)展的意識，形成綠色化學(xué)觀念等。引入手持技術(shù)可以減少實驗藥品的使用、防止污染氣體的排放，體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。

比如，在做“黑面包”實驗時，將裝有蔗糖（滴入少量水）的燒杯置于裝有NaOH溶液的水槽中，罩上氣罩連接手持技術(shù)的探頭。利用溫度、pH、壓強(qiáng)傳感器對該實驗進(jìn)行探究。實驗過程中，不僅從觀察到溫度、溶液pH、氣體壓強(qiáng)變化情況的曲線圖分析得出濃硫酸的相關(guān)性質(zhì)，而且可以節(jié)約實驗藥品、及時處理實驗中產(chǎn)生的SO2，從而減少對環(huán)境的污染。在平時的教學(xué)中潛移默化地影響著學(xué)生，使其樹立起愛護(hù)環(huán)境的思想，養(yǎng)成時時刻刻關(guān)愛自然環(huán)境的良好習(xí)慣。另外，實驗中溫度曲線的生成可以讓全部學(xué)生都感受該實驗的溫度變化情況，實現(xiàn)全員參與，還能防止學(xué)生因觸摸感受溫度變化而可能造成的燙傷，同時進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，可謂一舉多得。

［1］顧寧.高中化學(xué)探究式教學(xué)模式的探索與實踐［D］.大連：遼寧師范大學(xué),2007.

［2］錢揚(yáng)義,杜永鋒,李佳,等.掌上實驗室(Lab in Hand)的特點及其功能［J］.電化教育研究,2003(10).

［3］林建芬,錢揚(yáng)義.運(yùn)用數(shù)字化手持技術(shù)對金屬電化學(xué)腐蝕探究實驗的改進(jìn)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2015(1-2).