以数字化手持技术助推高中化学教学融合发展

摘要：本文探讨数字化手持技术在高中化学教学中的应用，阐述其对教学融合发展的推动作用。介绍手持技术的特点与功能，分析在化学实验教学、理论知识讲解、探究式学习等方面的融合应用实例，展示如何提升教学效果与学生学习能力，强调其为高中化学教学创新与发展带来的机遇与挑战，旨在促进化学教学质量的提高与现代化进程，提高学生学科核心素养。

关键词：数字化手持技术；高中化学教学；教学融合；实验教学

引言

在信息技术高速发展的今天，数字化手持技术已经逐步进入高中化学教学的视野，给化学教学注入新的生机和变革契机。传统的化学教学对于实验现象的观察、微观原理的理解和学生探究能力的发展都有一定的局限性。数字化手持技术由于具有便携性、实时性、精确性及其他优点，可以有效地弥补上述缺陷，推动化学教学与信息技术、实验教学与理论教学、课堂教学与课外探究的深度融合发展，对于促进高中化学教学质量的提高有十分重要的意义。

一、以数字化手持技术助推高中化学教学融合发展的特点

数字化手持技术与高中化学教学整合的进程中，表现出了许多独有特征。首先，便携性和即时性强。手持技术设备体积小、重量轻，方便学生在任何时间、任何地点获取和分析化学数据。不管是在实验室里、教室里或室外，一有化学现象出现的情景，学生就可以很快地拿出器材进行探索。比如，当发现校园里有一处水质发生变化时，学生可以马上用手持电导率仪测试水中离子浓度，瞬间获取数据信息。这一即时性可以使学生捕捉到瞬间的化学灵感和探究契机，使得化学学习不囿于固定的时空，大大扩展了学习化学的灵活性和自主性[1]。

其次，数据的精准性和可视化。这项技术能够以极低的误差精确地测定各种化学参数，包括pH值、温度、压力和物质浓度等。更重要的是，能把这些测量所得的抽象数据变成直观的图表和曲线等可视化形式展现在学生面前。在化学平衡的教学过程中，我们通过精确地收集反应体系中物质浓度随时间的变化数据，并将这些数据以动态曲线的形式展示在屏幕上。这样，学生可以清楚地观察到化学平衡是如何建立的，以及当外部条件发生变化时，平衡的移动方向和程度是如何变化的。这一可视化效果帮助学生由直观到形象地深刻认识复杂化学原理、具象化抽象概念、减轻学生认知难度、提升学习效率。

二、以数字化手持技术助推高中化学教学融合发展的价值

用数字化手持技术促进高中化学教学的整合，具有多方面的重要作用。第一，实验功能得到了扩展和深化。传统的化学实验通常受实验仪器准确性及观察手段的限制，手持技术可以打破这些限制。它能从宏观上展现实验过程的微观变化，如研究化学反应速率时用传感器准确地记录下反应体系中物质浓度在极短的时间内的细微变化，并且用连续数据曲线呈现，使学生对反应动态过程有了更加详细的观察，进而对反应速率的影响因素有了深刻的认识。同时，也可以进行一些传统实验中很难做到的探索，如实时监控部分反应中间产物等，有利于学生建立更加全面的化学实验知识体系和促进实验探究能力的培养。

第二，对理论教学加以辅助和强化。手持技术是传授抽象化学理论知识的强大辅助手段。在讲授物质结构和性质时，例如讲解原子结构和元素周期律，可以使用光谱分析仪这样的手持设备来测量各种元素的光谱，通过光谱数据分析，使学生能够直观认识原子能级结构和元素性质递变规律，并把原子结构微观理论和宏观实验数据联系起来，从而加深学生对所学理论知识的理解和记忆。并且，在化学热力学、电化学等理论知识的教学中，手持技术也能通过对相关物理量的测量与数据处理，帮助学生更好地掌握理论的内涵与应用条件，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。

第三，推动教学模式创新，提高学生综合素养等作用得以发挥。该方法促进了探究式教学和合作学习等现代化教学方式在化学教育领域的普及和应用。学生凭借手持技术自主设计实验方案，收集和分析数据，得出结论并进行交流汇报等，并在此过程中发展创新思维，科学探究精神及团队协作能力。同时，学生在应用手持技术时需要分析和处理海量化学数据，有利于提升学生的数据分析能力、信息处理能力和逻辑思维能力，这样才能促使学生综合素养得到全面提高，让学生能够更好地满足现代社会对于创新型化学人才培养的要求。

三、以数字化手持技术助推高中化学教学融合发展的方法

（一）协助化学实验教学

数字化手持技术使高中化学实验教学发生空前变化，可以从多维度协助实验教学，增强教学效果。原理是利用高精度传感器及方便的数据采集与分析系统，使实验中各物理量及化学量的变化变得清晰可辨并能量化[2]。

例如，在“探讨不同金属活动性顺序和酸反应速率的区别”实验中，传统实验依靠观察金属与酸反应产生气泡的快慢来定性判断反应速率，这种方法较为粗略且受主观因素影响较大。并且，利用数字化手持技术可以采用压力传感器与数据采集器相结合。把金属片单独置于盛有同一浓度稀盐酸且与压力传感器相连通的密闭容器里，反应生成的氢气可提高容器内部压强，该压力传感器能够准确地对压强的变化情况进行实时监测，并且把数据传送到电脑软件中，产生压强与时间的关系曲线。例如分别对镁条、锌片、铁片进行了试验，由曲线可直观地看出镁条在和酸的反应过程中压强的上升速率是最快的，锌片其次，铁片较慢，通过分析曲线斜率可以精确对比不同金属和酸反应速率之间定量的差别，让学生深入理解金属活动性顺序对于反应速率的作用，大大提高实验准确性及教学直观性。

（二）优化理论知识的讲解

在对高中化学理论知识进行讲解时，数字化手持技术能够把抽象概念与理论变成直观数据与现象，有利于学生对其进行深入的理解[3]。

以“弱电解质电离平衡”为例，弱电解质在溶液中的电离实际上是一个动态的平衡过程，而传统的教学方法很难让学生直接体验到微观电离行为和平衡的变化。使用数字化手持技术的电导率传感器可以做以下试验：配置同浓度的强电解质氯化钠溶液与弱电解质醋酸溶液，把电导率传感器插在两个溶液内并与数据采集器及电脑相连。学生观察到氯化钠溶液的电导率数值相对较高且稳定，而醋酸溶液的电导率则明显偏低。再将少量氢氧化钠溶液逐滴添加至醋酸溶液中，电导率传感器显示醋酸溶液的电导率随氢氧化钠添加量的增加而增加。其原因是氢氧化钠中和了醋酸电离出来的氢离子后，醋酸电离平衡右移，电离出来的离子增多，造成电导率增大。通过这一直观电导率数据的变化，可以使学生清楚地认识到弱电解质电离平衡是否存在及外界因素的作用，从而把抽象的电离平衡理论变成可以观察到的数据变化情况，有效突破教学难点，深化学生对于理论知识的理解度。

（三）进行探究式学习

数字化手持技术是高中化学进行探究式学习的强大工具与平台，能够充分启发学生的自主探究能力与创新思维。这一技术突破了传统教学对实验条件及数据获取等方面的限制，使学生可以独立地进行实验变量和实验步骤的设计。探究过程中，学生根据手持技术反馈来的精准数据对各变量之间的联系和反应机理进行深度思考，建构起自己对于化学知识体系的认知。

以“温度对于酶催化作用效果的影响”为例，酶的催化作用受多种因素影响，其中温度是一个关键因素。学生采用数字化手持技术——温度传感器与氧气传感器进行分组探究，首先在水浴环境下不同温度下布置若干盛有同一底物及酶溶液的试管，并在试管内部上方空间放置氧气传感器来探测反应生成氧气的速率，温度传感器对反应体系进行温度监测。试验开始时，由数据采集器将氧气在各种温度下所生成的速率随时间变化的数据记录下来，传送到电脑软件中加以分析。如在讨论唾液淀粉酶催化淀粉的过程中，学生发现温度在37°C左右时氧气的生成速率最大，说明该酶活性最强；温度过高或过低时氧气的产生速率显著降低，表明酶的活性被抑制。学生通过独立设计实验方案、操作实验仪器、采集与分析数据等方式，获得了有关温度对酶催化作用的影响规律，进一步探究了这一现象背后的原理。在这一过程中，数字化手持技术使学生由被动地接受知识变为积极主动地探索知识的发现者，从而培养其科学探究精神、合作交流能力和应用知识解决现实问题的能力，使得化学学习不囿于课本知识而扩展为真正的科学探究。

（四）打造互动教学课堂

数字化手持技术的出现，给建构高中化学互动式教学课堂带来了大量可能。它的核心是在技术设备的帮助下，即时交互和分享信息，以加强师生、学生之间的互动交流。课堂教学时，教师可通过互动软件连接学生的手持设备。

例如，在探讨“氧化还原反应”的过程中，教师首先利用多媒体手段展示了日常生活中的氧化还原事件，例如金属的生锈和食物的腐败等，以激发学生的学习兴趣，然后提出相关问题：怎样用实验来证实电子在氧化还原反应过程中的传递呢？教师向学生手持设备推送所设计的实验方案，学生按方案分组做实验，在实验时使用电压传感器与电流传感器接入自制简易原电池装置。学生在手持设备上实时观测电流、电压变化数据，并上传到课堂大屏幕上，从而使各组实验的进展情况及数据呈现给全班学生。教师与学生可针对数据进行讨论，例如对不同电极材料的解析、电解质溶液在电流电压作用下氧化还原反应实质的讨论等。这一互动模式突破了传统课堂上教师单向传授的限制，使学生不再被动地接收知识，而主动参与对知识的探究和发现，还便于教师掌握学生学习情况，并依据学生反馈对教学策略进行调整，有利于课堂教学动态生成和教学效率提升。

（五）推进课外拓展学习

数字化手持技术对高中化学课外拓展学习有很大的推动作用，拓宽学生学习时空维度。得益于手持工具的便携性，学生在课外时间和地点都能进行化学的探索活动。

例如，在学习“环境保护和化学”这一主题时，学生可以利用手持空气质量传感器在不同地点（例如，学校操场、街道、工厂旁）检测空气中污染物（例如PM2.5、二氧化硫和氮氧化物等物质）的含量，并将数据记录下来。回家后，学生用电脑软件分析了这些资料，画出了不同场所空气质量变化曲线，并讨论了空气污染的的成因，例如，交通流量、工业排放对空气质量产生的影响。另外，学生也可以通过手机应用程序将探究成果与其他同学共享，并进行线上探讨、交流发现及看法。这一课外拓展学习方式既深化了学生对于化学知识在实践中运用的认识，又培养了自主学习能力、社会实践能力以及环保意识等。与此同时，网络平台中丰富的化学科普资源、虚拟实验软件也给学生课外拓展学习带来了更多的材料，学生可根据自身兴趣及学习进度进行学习内容的选择，实现了个性化课外学习体验，进一步调动了学生对于化学学科学习的积极性与探究欲望。

（六）健全教学评价体系

数字化手持技术的应用有利于高中化学教学评价体系的不断完善，使得评价更全面、更客观和更准确。传统教学评价多依靠考试成绩与教师主观观察相结合，有其局限性。而在数字化手持技术的辅助下，可多维度地评估学生学习过程与结果。从学习过程层面上来说，如学生使用手持设备探究化学实验，教师可通过数据采集平台将学生操作步骤记录下来，分析数据收集是否准确，以及在小组合作方面的表现和其他资料。

在进行“化学反应速率影响因素”这一实验时，教师可以观察学生设定的各种反应物浓度和温度等实验环境，同时了解学生如何处理反应速率的数据，并推导出相应的结论。在学习成果评价方面，除了传统的书面作业和考试外，学生利用数字化手持技术完成的探究报告、制作的数据可视化作品（例如，实验数据图表、化学现象的动画演示）都可以纳入评价范围。并且，学生参与互动课堂的程度、提出问题的质量与频度这些数据还可以体现学生的学习态度与思维活跃度。该评价体系兼顾学生知识掌握、技能运用、思维能力和合作精神等诸多品质，能更加真实地体现学生的学习状况，以期对教师调整教学策略、对学生完善学习方法，进而推动高中化学教学质量全面提高提供针对性依据。

结束语

综上所述，将数字化手持技术运用到高中化学教学当中，给教学融合发展带来广阔的发展前景。其在实验教学、理论教学和探究式学习中的有效整合显著增强了教学效果和学生的学习体验。但在推广和应用的同时也遇到了教师技术培训、设备成本及维修等方面的挑战。教育工作者要积极迎接挑战，发挥数字化手持技术优势，继续探索和创新教学模式和手段，促进高中化学教学朝着更现代化、高效化和科学化的方向发展，为新时代创新能力和科学素养人才培养打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]孙灏.高中化学借助数字技术推进高中生科学素养培育——以“溶液依数性探究”一课为例[J].现代教学,2024(19):21-23.

[2]游来佼.数字技术在化学实验设计与优化中的应用[J].数字技术与应用,2024,42(04):131-133.

[3]江灿燕,热娜古丽·阿不都热合曼.基于数字素养的高中化学教学方法分析[J].化工设计通讯,2024,50(01):63-65+68.