郭碧紅 楊厚鏗

手持技術(shù)即數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+分析軟件”的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段。手持技術(shù)應(yīng)用傳感器測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)，依據(jù)對(duì)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)研究的目的。由于手持技術(shù)能準(zhǔn)確、真實(shí)、動(dòng)態(tài)、全程反映實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的變化，為實(shí)驗(yàn)過程的精確推理提供有力的依據(jù)，因此，手持技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到化學(xué)研究和教學(xué)中，為滿足實(shí)驗(yàn)探究目的服務(wù)。

深度教學(xué)是將學(xué)生引向“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)活動(dòng)，它要求教師在提高自身素養(yǎng)與改變思維方式的同時(shí)改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，在課堂中培養(yǎng)學(xué)生在深度理解的基礎(chǔ)上主動(dòng)、批判地整合新知識(shí)，提升認(rèn)知結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)解決新問題。深度教學(xué)的課堂應(yīng)提升學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)問題的分析能力、證據(jù)推理能力、創(chuàng)新能力、模型構(gòu)建能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

在初中化學(xué)教學(xué)中融入手持技術(shù)，基于手持技術(shù)提供的情境，以問題為導(dǎo)向，可以構(gòu)建深度思維、高度參與的課堂教學(xué)，從而達(dá)到促進(jìn)課堂深度教學(xué)的目的。

一、深研教材，在教學(xué)中融入手持技術(shù)

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，初中化學(xué)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)為手段，既為學(xué)生構(gòu)建新的知識(shí)體系，又發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和手持技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)也在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上得到創(chuàng)新與發(fā)展。怎樣看待手持技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的優(yōu)劣？如何看待手持技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)二者的關(guān)系？怎樣在教學(xué)中融入手持技術(shù)？這些成為初中化學(xué)課堂教學(xué)需要面對(duì)的問題。

現(xiàn)有初中化學(xué)教材中呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)大多是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作為長(zhǎng)期以來的教學(xué)與研究手段，經(jīng)歷發(fā)展與沉淀，留下大批優(yōu)秀的經(jīng)典方法與案例，它們被化學(xué)教材選用，成為化學(xué)學(xué)習(xí)中不可缺少的部分。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，一是教材中有原型，符合教師的教學(xué)習(xí)慣;二是包含了重要的化學(xué)理論、方法與思維;三是操作過程可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力;四是宏觀現(xiàn)象豐富，易激發(fā)學(xué)生的興趣。缺點(diǎn)是定性多、定量少，定量精度不高，有些現(xiàn)象和規(guī)律無法用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)。

手持技術(shù)作為信息化實(shí)驗(yàn)手段，依托先進(jìn)的傳感器，

為實(shí)驗(yàn)提供準(zhǔn)確、真實(shí)、動(dòng)態(tài)、全程的數(shù)據(jù)，教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，一是實(shí)驗(yàn)方法新穎，可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;二是提供實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表征，可培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力;三是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量化、精確化、多樣化，可提高學(xué)生的精細(xì)化思維和思辨能力。缺點(diǎn)是儀器價(jià)格高、數(shù)量有限，教師對(duì)儀器的認(rèn)識(shí)不足。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與手持技術(shù)，二者各有優(yōu)劣，對(duì)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展能起到不同作用，只固守傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，拒絕將手持技術(shù)引入課堂，不利于學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展。另外，一味地應(yīng)用手持技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，忽視傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，也容易失去探究過程的樂趣和經(jīng)典方法論的傳承。只有在深度研究教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將二者結(jié)合于教學(xué)中，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，才能有助于教學(xué)，有助于學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、合作探究的方式，提升分析問題、解決問題、實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

為將手持技術(shù)融入初中化學(xué)教學(xué)，促進(jìn)初中化學(xué)深度教學(xué)，我們組建了課題組，通過對(duì)初中教材的理解、設(shè)計(jì)、實(shí)踐和反思，研究手持技術(shù)與初中化學(xué)深度教學(xué)的關(guān)系，探討如何應(yīng)用手持技術(shù)促進(jìn)初中化學(xué)的深度教學(xué)。

二、運(yùn)用手持技術(shù)，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)深度教學(xué)

（一）將手持技術(shù)融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)知識(shí)深度理解

教學(xué)包含著方法、知識(shí)與能力的提升，實(shí)驗(yàn)探究的過程是動(dòng)手操作、交流討論、思維發(fā)展、方法形成的過程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)滲透著經(jīng)典的方法論，隨著時(shí)代的發(fā)展，這些方法仍然閃爍著熠熠的光輝，吸引著化學(xué)學(xué)習(xí)者追尋著前人的腳步不斷研究探索，繼承、發(fā)展著這些優(yōu)秀的方法。

初中化學(xué)“測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)，傳承著化學(xué)家拉瓦錫加熱汞測(cè)定空氣中氧含量的研究方法“替代法”，用水的體積替代消耗的氧氣的體積，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定。教材上的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯，趣味性強(qiáng)，有不可替代的優(yōu)勢(shì)，但水為什么會(huì)倒流和水的體積為什么等同于氧氣的體積，卻成為許多學(xué)生理解上的難點(diǎn)。因此，可借助壓強(qiáng)傳感器，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加壓強(qiáng)變化的測(cè)定，將手持技術(shù)融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。（圖1：實(shí)驗(yàn)裝置;圖2：壓強(qiáng)變化）

實(shí)驗(yàn)過程中，在燃燒裝置上連接壓強(qiáng)傳感器，通過數(shù)據(jù)采集器連接電腦采集壓強(qiáng)變化的數(shù)據(jù)和圖像，學(xué)生觀察到紅磷燃燒，同時(shí)也觀察到壓強(qiáng)曲線的變化，由此輕松建立紅磷燃燒消耗氧氣使瓶?jī)?nèi)氣壓減小的思維;當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，打開集氣瓶連通水的開關(guān)，水倒流入瓶中，氣壓恢復(fù)至實(shí)驗(yàn)前的大氣壓，由此推測(cè)出倒流的水取代了消耗的氧氣。

手持技術(shù)融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)方法打開了新角度、

新思維，使不易理解的問題具體化、簡(jiǎn)單化、可視化，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)問題理解的深度和廣度。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)與圖像分析能力，讓探究從預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向?qū)嵶C

手持技術(shù)所呈現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)包含著準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、真實(shí)、完整的信息，它是實(shí)驗(yàn)過程的真實(shí)表現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)圖像的分析，我們可以得到更為精細(xì)化的結(jié)論，形成更加嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)方法，達(dá)成實(shí)驗(yàn)論證能力的提升。

在應(yīng)用壓強(qiáng)傳感器測(cè)定空氣中氧含量的實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到水的體積不足瓶?jī)?nèi)空氣體積的1/5，認(rèn)識(shí)到該實(shí)驗(yàn)存在誤差，什么原因?qū)е陆Y(jié)果小于1/5？氧氣沒消耗完嗎？根據(jù)壓強(qiáng)曲線的變化（圖2），我們可以計(jì)算出瓶?jī)?nèi)消耗氣體的多少，依據(jù)“相同溫度相同體積時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與氣體的分子數(shù)目成正比”，根據(jù)公式（P始-P終）/P始，可計(jì)算消耗的氣體體積分?jǐn)?shù)為（101-83）/101≈17.8%，由此可推測(cè)出壓強(qiáng)并沒有降低到氧氣完全被消耗的程度，說明瓶?jī)?nèi)還有殘余的氧氣，紅磷燃燒不能將瓶?jī)?nèi)的氧氣完全消耗。結(jié)合課外活動(dòng)小組測(cè)定的紅磷燃燒時(shí)氧含量變化曲線（圖3：實(shí)驗(yàn)裝置;圖4：變化曲線），我們的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向?qū)嵶C。從預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向?qū)嵶C的過程，學(xué)生經(jīng)歷了疑問、猜想、分析、推理、論證，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)探究中的高度參與和深度思維，達(dá)成了自身知識(shí)、能力、情感態(tài)度的提升。

（三）推進(jìn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與圖像不僅能幫助我們精細(xì)化探究實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的不足，還能為實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

發(fā)現(xiàn)紅磷燃燒無法將密閉容器中的氧氣完全消耗，為提高測(cè)定空氣中氧含量的準(zhǔn)確度，我們應(yīng)選擇哪種物質(zhì)來取代紅磷呢？手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以幫助我們尋找更為合適的替代物。在生活中，我們找到了能與氧氣反應(yīng)且生成物為固體的暖寶寶粉末。利用氧含量傳感器，我們測(cè)定它在密閉容器中消耗氧氣的數(shù)據(jù)及曲線。（圖5：暖寶寶;圖6：實(shí)驗(yàn)裝置;圖7：氧含量曲線）

讀取圖7數(shù)據(jù)，可證實(shí)暖寶寶可將氧氣幾乎消耗完全，由此，學(xué)生設(shè)計(jì)出利用暖寶寶取代紅磷對(duì)測(cè)定空氣中氧含量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，并評(píng)價(jià)該實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度更高，且環(huán)保無污染。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的探究活動(dòng)有利于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，學(xué)生的對(duì)比、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新能力得到提高。

（四）呈現(xiàn)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣

手持技術(shù)呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與圖像并不是孤立、無意義的數(shù)字，反映的是實(shí)驗(yàn)的真實(shí)過程，它是宏觀現(xiàn)象的延伸與補(bǔ)充，它的呈現(xiàn)讓學(xué)生能更深入地探究實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也極大地激發(fā)了學(xué)生的探究熱情。

在測(cè)定空氣中氧含量的探究實(shí)驗(yàn)中，我們應(yīng)用手持技術(shù)呈現(xiàn)了瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)改變、紅磷耗氧曲線、暖寶寶耗氧曲線，呈現(xiàn)出跟以往不同的真實(shí)情境，學(xué)生感到新鮮、好奇，探究興趣被激發(fā)。

在“溶液”概念的學(xué)習(xí)中，為引導(dǎo)學(xué)生對(duì)溶液中的微觀粒子進(jìn)行探究，我們利用手持電導(dǎo)率傳感器測(cè)定水、蔗糖溶液、氯化鈉溶液三者的電導(dǎo)率，將不可見的現(xiàn)象可視化，激發(fā)了學(xué)生從微觀角度探析溶液的興趣。

在“催化劑”的學(xué)習(xí)中，我們用壓強(qiáng)傳感器測(cè)定紅磚粉末、二氧化錳催化雙氧水的壓強(qiáng)變化，將幾種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化曲線呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)了學(xué)生對(duì)催化劑探究的好奇心。

在初中化學(xué)教學(xué)中，我們可應(yīng)用手持技術(shù)呈現(xiàn)更多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法呈現(xiàn)的真實(shí)、新穎的情境，看上去像是僅僅針對(duì)個(gè)別真實(shí)情境的深入分析，其實(shí)更廣泛地培養(yǎng)了學(xué)生的遷移能力和分析理解能力，也幫助學(xué)生高度參與到課堂中，實(shí)現(xiàn)了在課堂中的深度學(xué)習(xí)。

（五）發(fā)揮手持技術(shù)的評(píng)價(jià)功能

手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)探究過程包含初中化學(xué)教學(xué)對(duì)學(xué)生知識(shí)與能力水平的要求，應(yīng)用手持技術(shù)試題評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，能診斷學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力、表達(dá)交流能力、證據(jù)推理能力和反思評(píng)價(jià)能力，對(duì)教師改進(jìn)教學(xué)方式和學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)方式有指導(dǎo)作用。

例如，中和反應(yīng)是初中化學(xué)的重要原理，為診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，用以下手持技術(shù)試題評(píng)價(jià)學(xué)生水平。

題目：用數(shù)字化手持技術(shù)探究氫氧化鈉溶液與稀鹽酸反應(yīng)過程中的pH及溫度的變化，根據(jù)曲線分析：

①燒杯中的溶液是____________，不斷攪拌的目的是____________;

②0～50s時(shí)，pH下降的原因是（用化學(xué)方程式表示）;____________

③燒杯中溶液溫度升高的原因是____________。

手持技術(shù)試題，基于真實(shí)情境，綜合性強(qiáng)、信息量大，既考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，也考查學(xué)生的高階思維，能立體評(píng)價(jià)不同層次學(xué)生的知識(shí)與能力。

三、手持技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的前景與展望

以往由于手持技術(shù)受到儀器價(jià)格高、數(shù)量有限、使用不便的限制，部分教師應(yīng)用手持技術(shù)的意愿不強(qiáng)，手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)融合的研究一直處于摸索階段。當(dāng)前在信息技術(shù)高速發(fā)展的影響下，手持技術(shù)設(shè)備價(jià)格降低、

穩(wěn)定性提高，還實(shí)現(xiàn)了無線遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)，設(shè)備微小化、操作便捷化，使用者用無線傳感器加上手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究，越來越多的教師愿意主動(dòng)地研究和應(yīng)用手持技術(shù)。手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合逐漸發(fā)展、成熟起來。未來手持技術(shù)的發(fā)展空間將更加廣闊。手持技術(shù)也將為教學(xué)提供更多樣的呈現(xiàn)方式，使抽象的學(xué)習(xí)具體化，使微觀的學(xué)習(xí)可視化，使復(fù)雜的學(xué)習(xí)清晰化，使分散的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化。手持技術(shù)也將為學(xué)生提供更多樣的思維方式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過程中的方法由單一轉(zhuǎn)向多維，

由粗略轉(zhuǎn)向精細(xì)，由預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向?qū)嵶C，興趣提升，高度參與，高度思維，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提高。

四、結(jié)語

時(shí)代的大背景，讓我們加速學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，國(guó)家提出要培養(yǎng)一大批具有國(guó)際水平的戰(zhàn)略科技人才，然而我們現(xiàn)在的初中化學(xué)教學(xué)在發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)中走了多遠(yuǎn)呢？作為教育的先行者，教師應(yīng)首先認(rèn)識(shí)到先進(jìn)的教育觀念的建立、教育方式的改變、教學(xué)手段的引入將有助于人才的培養(yǎng)。手持技術(shù)的進(jìn)步必將推動(dòng)教育教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，讓手持技術(shù)走進(jìn)課堂、走進(jìn)研究，讓學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)代信息技術(shù)在課堂中的魅力，實(shí)現(xiàn)有意義、有深度的課堂。

注：本文系2020年泉州市基礎(chǔ)教育教學(xué)改革專項(xiàng)課題“運(yùn)用手持技術(shù)促進(jìn)初中化學(xué)深度教學(xué)的研究”（課題編號(hào)：QJYKT2020—121）的研究成果。