手持技術(shù)在高師院校無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用*

崔小梅，薛生桂

(西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏 拉薩 850000)

1 問題的提出

無機(jī)化學(xué)是化學(xué)化工等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的第一門基礎(chǔ)課，是連接中學(xué)化學(xué)與大學(xué)化學(xué)課程學(xué)習(xí)的橋梁，該課程在學(xué)生后續(xù)分析化學(xué)、物理化學(xué)等專業(yè)課的學(xué)習(xí)中起著舉足輕重的作用，也為化學(xué)師范生未來走入中學(xué)化學(xué)教學(xué)崗位打下夯實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代帶來的新發(fā)展和新變革對無機(jī)化學(xué)教學(xué)提出了新要求和新挑戰(zhàn)[1]，傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)教學(xué)模式和方法已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和要求。

在數(shù)字化和信息化時(shí)代背景下，以培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展為目標(biāo)的核心素養(yǎng)體系是落實(shí)立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)，是新一輪課程改革深化的方向[2]?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，倡導(dǎo)開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種科學(xué)探究活動(dòng)。新課程改革背景下，要求培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)，通過化學(xué)探究式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生高級(jí)科學(xué)思維，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究-知識(shí)理解-科學(xué)思維-創(chuàng)新能力的模式培養(yǎng)[3]。高師院?；瘜W(xué)專業(yè)肩負(fù)著培養(yǎng)中學(xué)化學(xué)教師的重任，所以高等教育工作者應(yīng)聚焦化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)新模式，探索教育信息化背景下高師院校化學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的新途徑。

2 目前無機(jī)化學(xué)教學(xué)中存在的不足

2.1 教學(xué)方式陳舊

無機(jī)化學(xué)主要包括化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和元素?zé)o機(jī)化學(xué)三部分，課程理論性較強(qiáng)，知識(shí)體系龐大，但課時(shí)數(shù)嚴(yán)重不足，教師為了完成教學(xué)大綱要求，一般以講授為主，與學(xué)生互動(dòng)的次數(shù)較少，學(xué)生處于被動(dòng)獲取知識(shí)的地位。而且這門課程一般開設(shè)在大一第一學(xué)期，大一新生還沒有完全適應(yīng)大學(xué)的教學(xué)模式，缺乏自主學(xué)習(xí)能力，很難跟上教師的教學(xué)進(jìn)度，這無疑會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對無機(jī)化學(xué)課程的厭學(xué)心理。

2.2 考核評價(jià)方式單一

以西藏大學(xué)為例，目前無機(jī)化學(xué)考核的方式主要由平時(shí)成績(30%)和期末成績(70%)兩部分組成，其中平時(shí)成績考查學(xué)生的出勤率和作業(yè)情況，期末考試采取閉卷形式，著重考查學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握程度。現(xiàn)行評價(jià)方式不全面，忽略了對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性評價(jià)，且評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完全由教師掌握，學(xué)生處于被動(dòng)評價(jià)地位，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能定性。

3 手持技術(shù)在無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的作用

手持技術(shù)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和裝有配套軟件的電腦端組成的便攜式信息采集系統(tǒng)，具有自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)繪制圖線的功能[4]。其高精度的數(shù)據(jù)和直觀的曲線圖同步連續(xù)呈現(xiàn)，讓學(xué)生可以直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢，迅速建立起理論知識(shí)-實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-實(shí)驗(yàn)圖像的有機(jī)聯(lián)系，從而更好地提升學(xué)生從數(shù)據(jù)、圖像中獲取信息和分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力[5-7]。

3.1 調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)教學(xué)中，教師根據(jù)授課內(nèi)容進(jìn)行講解，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的過程，喪失了創(chuàng)造性思維發(fā)散的空間，而且國內(nèi)化學(xué)教學(xué)目前絕大多數(shù)建立在以定性演示或探究實(shí)驗(yàn)為主的定性教學(xué)的基礎(chǔ)上，相對缺乏以手持技術(shù)作為定量教學(xué)手段的教學(xué)實(shí)踐[8]。

手持技術(shù)這種掌上實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式可以讓學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)探究知識(shí)，真正成為課堂教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)的主體。其直觀、可視化的數(shù)據(jù)和曲線圖可以幫助學(xué)生科學(xué)感知與建構(gòu)無機(jī)化學(xué)中一些抽象概念，讓學(xué)生切身體會(huì)探究思路和方法，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，提高科學(xué)探究能力。此外，通過宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)的聯(lián)系轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生養(yǎng)成從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)事物變化的本質(zhì)，也能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，讓學(xué)生在潛移默化的學(xué)習(xí)過程中形成化學(xué)核心素養(yǎng)[9]。

3.2 不受空間限制，隨時(shí)隨地進(jìn)行

手持技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是小巧便攜、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置通過與各種探頭連接，直觀、定量、動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，這一點(diǎn)是缺乏自動(dòng)采集功能、無法處理大量數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所無法媲美的。手持技術(shù)不拘泥于實(shí)驗(yàn)室的便攜性和靈活性可以讓師生隨時(shí)隨地進(jìn)行探究活動(dòng)并將實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，徹底改變在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀[10-11]。

3.3 踐行“綠色化學(xué)”理念，加強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到各種有毒有害的化學(xué)藥品，在實(shí)際操作過程中不乏會(huì)造成一些污染，但手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)中涉及到的傳感器靈敏度高，這在一定程度上減少了化學(xué)藥品的使用。所以手持技術(shù)的引入也是踐行“綠色化學(xué)”理念的體現(xiàn)，可以讓學(xué)生在實(shí)際操作過程中樹立保護(hù)環(huán)境、保護(hù)生態(tài)文明的思想，養(yǎng)成良好的綠色化學(xué)習(xí)慣，增強(qiáng)對自然和社會(huì)的責(zé)任感。

4 手持技術(shù)在無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用

4.1 化學(xué)反應(yīng)原理模塊

化學(xué)反應(yīng)原理主要包括化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和四大化學(xué)平衡，該模塊知識(shí)點(diǎn)較多、邏輯性較強(qiáng)，涉及大量公式和復(fù)雜的計(jì)算，學(xué)生普遍反映計(jì)算時(shí)不知如何應(yīng)用公式[12]。比如在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡影響因素時(shí)，教師一般通過勒夏特列原理或者公式推導(dǎo)來讓學(xué)生理解，但其實(shí)學(xué)生沒有直觀的視覺感受，也沒有親手通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一理論的正確性。手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生深入理解知識(shí)，在探討濃度對化學(xué)平衡的影響時(shí)，通過色度計(jì)檢測透光率，在電腦屏幕上實(shí)時(shí)顯現(xiàn)透光率曲線，不僅能使學(xué)生觀察宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更能根據(jù)數(shù)據(jù)、曲線的變化，從微觀層面認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)平衡，為學(xué)生建構(gòu)化學(xué)平衡提供感性材料支撐[13]。

4.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)模塊

物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)主要包括原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、固體結(jié)構(gòu)和配合物結(jié)構(gòu)四部分，這些內(nèi)容涉及到微觀層面，內(nèi)容抽象而枯燥，很多學(xué)生反應(yīng)是無機(jī)化學(xué)三大模塊中最難學(xué)的部分，手持技術(shù)的應(yīng)用可以幫助學(xué)生將枯燥抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀的數(shù)據(jù)。例如研究者通過手持技術(shù)溫度傳感器分別測定了1,2-丙二醇、1,3-丙二醇及二者混合醇在相同條件下蒸發(fā)時(shí)的溫度變化曲線，比較了氫鍵類型對蒸發(fā)行為曲線變化的影響。這一過程的探究讓學(xué)生既直觀感知了氫鍵對分子間作用力的影響這一知識(shí)，又充分認(rèn)識(shí)到“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)思想[14]。

4.3 元素?zé)o機(jī)化學(xué)模塊

元素?zé)o機(jī)化學(xué)模塊的知識(shí)零碎，內(nèi)容枯燥，系統(tǒng)性不強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中無法掌握重點(diǎn)，難以形成系統(tǒng)完善的知識(shí)體系，容易產(chǎn)生厭煩情緒。在學(xué)習(xí)錳元素的相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生高中被簡單告知高錳酸鉀在不同條件下的氧化性是不同的，在大學(xué)無機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)時(shí)教師根據(jù)元素電勢圖等進(jìn)行理論說明。但學(xué)生學(xué)完以后仍然只記得結(jié)論性的知識(shí)，借助傳感器讓學(xué)生親自探究物質(zhì)的氧化性隨溶液酸堿度的變化情況能讓學(xué)生印象深刻。例如在一定濃度的高錳酸鉀溶液中，通過滴定管分別滴加pH=14的氫氧化鈉溶液和pH=1的硫酸溶液，體系氧化還原電勢(ORP)和pH的變化圖像通過相應(yīng)傳感器測得并實(shí)時(shí)顯示在電腦屏幕上[15]。

表1 無機(jī)化學(xué)各知識(shí)模塊與手持技術(shù)結(jié)合案例

手持技術(shù)與高師院校無機(jī)化學(xué)的整合研究相對較少，將學(xué)生較難理解且易于和手持技術(shù)結(jié)合的知識(shí)開發(fā)成手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)案例應(yīng)用于常態(tài)化教學(xué)是未來值得研究的問題。目前手持技術(shù)可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)不是太多, 這也進(jìn)一步影響了學(xué)校和教師對手持技術(shù)的態(tài)度[16]。筆者針對可以嘗試與手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)及可能用到的傳感器進(jìn)行了簡單概括，具體見表1，這對于整個(gè)無機(jī)化學(xué)知識(shí)體系來說僅是九牛一毛，更加具體的實(shí)驗(yàn)案例需要由高師院校的學(xué)者深入研究探討。

5 結(jié) 語

手持技術(shù)的引入可以將定性的現(xiàn)象和定量的分析有機(jī)結(jié)合起來，能深化學(xué)生對于概念的理解，幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，有利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維的養(yǎng)成[17]。將手持技術(shù)融入高師院校無機(jī)化學(xué)教學(xué)課堂符合核心素養(yǎng)理念下師范專業(yè)認(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)，符合基礎(chǔ)教育和師范生改革發(fā)展的需要，對學(xué)生個(gè)人終身發(fā)展具有重要意義。