利用手持技術發展學生“宏觀辨識與微觀探析”核心素養

牛春雨

摘要：在化學教學中，手持技術的應用促使化學實驗正在以一種數字化的形式呈現，為化學實驗教學帶來了極大的便利，彌補了試管實驗無法直接進行微觀探析的遺憾。因此，將試管實驗與手持技術相融合，利用數據、圖像來解析宏觀現象，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養。

關鍵詞：手持技術;核心素養;離子反應

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A

學科核心素養是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。其中“宏觀辨識與微觀探析”核心素養要求學生能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，形成“結構決定性質”的觀念。能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。在日常教學過程中，通過試管實驗可以觀察到部分化學反應的明顯現象，但對于溶液中微觀粒子的變化無法直接觀察，導致部分學生對溶液中微觀粒子的變化理解不夠深入。因此，借助手持技術將粒子的微觀變化數據化、具體化、宏觀化，幫助學生探析粒子的微觀變化。利用手持技術可以將數據變化與實驗過程同步進行，再與計算機連接便能將變化過程以圖像、表格、指針等形式動態演示出來，且實驗數據可達到相對誤差為0.05%的準確度，準確度較高。

一、教學背景

本節內容選自必修一第一章第二節《離子反應》的第二課時。本節內容中既要讓學生掌握電解質在溶液中反應的本質特征，又要總結出離子反應、離子方程式及其書寫步驟，存在課容量大，概念多、抽象，理論性強等特點，且在本節課中學生初步接觸數形結合分析圖像的方法，在學習過程中發現學生對于圖像分析不夠準確，利用數形結合分析微觀變化對學生的學習造成了極大困難，因此將本節課中引入手持技術測定電解質溶液導電性并繪制出圖像，旨在突破學生利用數形結合分析溶液中微觀粒子變化這一難點。

二、教學過程

[環節一]宏觀現象，導入課堂

結合生活常識（給電器設備通電時，濕手操作易發生觸電事故），創設情境，提出問題——為什么濕手操作易觸電？

師：演示干燥的NaCl固體、KNO3固體、蒸餾水、NaCl溶液、KNO3溶液的導電實驗。

生：觀察實驗現象，得出結論—干燥的NaCl固體、KNO3固體、蒸餾水不導電，而NaCl溶液、KNO3溶液可以導電。

設計意圖：創設情境，以真實、有意義的問題激發學生的學習興趣。

[環節二]探究電解質溶液導電能力大小的因素

師：影響電解質溶液導電能力大小的因素有哪些呢？

生：小組內針對問題進行討論。然后各小組依次進行匯報。

引導并將學生討論結果進行匯總為：離子濃度大小和離子所帶電荷數多少兩個因素。

師：對于溶液中的離子，我們無法用肉眼看到，但我們可以利用數字化儀器通過數據和圖像表征出溶液中離子的變化。

教師介紹數字化儀器——手持技術的構成及使用方法。（課上使用的儀器和試劑為：電導率傳感器、數據線、電腦、支架、燒杯、0.1 mol/L NaCl、0.2 mol/L NaCl、0.1 mol/L Na2SO4、0.1 mol/L HCl、0.1 mol/L CH3COOH。）

生：結合教師講解的手持技術裝置的使用方法，各組在小組內討論，設計實驗并進行實驗。

學生設計實驗方案，分別從測定了0.1mol/LNaCl溶液、0.2mol/LNaCl溶液、0.1mol/LNa2SO4溶液、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L 醋酸溶液的電導率，數據如下所示。

最終得出了溶液導電能力的強弱由溶液中自由移動離子的濃度和離子所帶的電荷數決定。

設計意圖：將手持技術引入教學，通過數據說明影響電解質溶液導電能力大小的因素更具說服力，完成了宏觀辨識到微觀探析的探究。

[環節三]探究離子反應本質

師：當溶液混合發生化學變化時，溶液導電能力大小是否變化？若變化，是什么原因導致其變化的？請各小組在以下幾種情況中選擇一種進行實驗，根據圖像分析。

①向NaOH溶液中滴加稀鹽酸;

②向醋酸溶液中滴加KOH溶液;

③向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸;

生：學生們分組利用手持技術中的電導率傳感器對以上3種情況進行了實驗，得出了相應的圖像，如下所示。并由每組同學一次分析三種情況下曲線變化的原因。

①向NaOH溶液中滴加稀鹽酸

②向醋酸溶液中滴加KOH溶液

③向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸

師：溶液混合后，溶液的導電性發生了不同的變化，說明了溶液中離子的濃度發生了化學反應，像這樣有離子參加的反應就是離子反應。

設計意圖：通過分析數據圖像，提升學生數形結合的圖像分析能力，從定性探究走向定量探究，直觀地感受溶液中離子濃度的變化過程。

[環節四]符號表征離子反應實質

師：當向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸時，反應前后溶液中粒子種類發生了什么變化？

生：分析溶液混合前后存在的粒子種類。

師：閱讀教材中有關離子方程式書寫方法的內容，小組交流研討，形成離子方程式書寫的基本程序并用離子方程式表示出向氫氧化鋇溶液中滴加稀硫酸的反應。

設計意圖：以Ba（OH）2溶液與稀硫酸溶液反應為例，構建離子方程式書寫的規則與程序模型，診斷并發展學生符號表征、模型建構與模型認知的學科核心素養。

三、教學評價

本節課上將手持技術中的電導率傳感器引入教學，能夠快速準確測量溶液的電導率數值及其變化圖像，進而分析出微觀粒子的變化形式，使學生能夠從宏觀、微觀兩個視角分析粒子變化，明確了離子反應的本質，加深了知識理解，完成了宏觀辨識到微觀探析的探究。

參考文獻

[1]賴增榮. 利用數字技術發展學生素養的實踐研究——以高中《化學1（必修）》中離子反應教學為例[J]. 中國現代教育裝備，2020，No.342（14）：52-56.