课改形势下手持技术在探究性学习中的应用

课改形势下手持技术在探究性学习中的应用摘要：手持技术是一种应用先进的实用技术和教育理念，集数据采集与分析于一体的实验系统。把手持技术融入到化学研究性学习中，学生可以打破定性实验的局限，从定量的角度分析和解决问题，探求变量之间的因果关系，进一步培养学生的探究意识和严谨的科学态度，发展学生的问题解决能力，真正体现了新课标的教育思想。关键词：手持技术研究性学习探究开发利用手持技术是指在掌上就可以操作的技术，它是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集和处理数据系统，并能与计算机连接完成各种后期处理的实验技术系统。手持技术可以广泛应用于理科实验中，利用不同的传感器可以方便而迅速地收集各类数据，如速度、温度、声音、光、电、力、pH值等，这为手持技术应用于中学实验提供了广阔的平台。基于手持技术的研究性学习主要是以探究的形式促进学生对化学知识的学习和吸收，旨在借助手持技术作为化学课堂定量性的实验辅助工具，帮助学生结合实验数据和图像理解有关化学概念或原理，提高学生分析与加工信息的能力、问题解决能力和科学探究能力。一手持技术应用于化学探究性学习中的意义1拓宽实验范围，培养学生的探究能力新课程改革对课程结构和课程内容进行了重大调整，旨在培养学生的科学素养和实用技能，切实反映学生生活经验，改变学生学习生活和现实世界相脱节的状况。但这同时也给许多学校带来巨大挑战。像研究性学习、自主学习等对学习资源提出了很高的要求，而“手持技术”对新课程改革提供了强有力的工具支撑，它可以定量的进行物理，化学，生物，环境，气象等学科实验，此外，手持技术还可以利用多个传感器同时工作，同时采集多个实验数据，进行量和量之间的关系研究。此外通过手持技术大大增强了学生的主体意识，使学习在主动而有乐趣的探索和研究中进行，学生发现问题，提出问题和解决问题的能力以及搜集处理数据的能力得到提高，同时学生的探究能力在实践活动中也逐步增强。2以人为本，激发学生的学习兴趣根据《普通高中化学课程标准》中提出的高中化学课程的基本理念，教师应该通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学生的学习兴趣，强化科学的探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。而手持技术至少有十几种不同的传感器，如：pH值传感器，电导率传感器，溶解氧传感器等等，利用这些性能各异的传感器可以方便而迅速地收集各类数据。此外，手持技术无论是外观上还是在使用上都显示了其亲近学生的特点，为他们带来了全新的体验，激发了他们利用这套仪器进行研究性学习的兴趣，通过手持技术完成了以前传统实验室无法完成的实验，探究过程让学生不断体验到成功的喜悦，极大的培养了学生的学习兴趣。3进行定量研究，活跃学生的思维在高中阶段实验大部分都是定性实验，在长期定性实验的训练下，学生的思维僵化、呆板，而手持技术定量测定的特点带给学生新奇的经历，使他们的思维活跃，解题时能够将定量和定性结合起来，解决问题更加灵活。例如二氧化锰作催化剂的双氧水分解，传统的实验操作只能了解催化剂可以加快或减慢化学反应的速率，但是应用手持技术可以准确地运用压力传感器测得所分解氧气的压力，通过做线性回归，图形的斜率就是该化学反应的速率。二手持技术在化学探究性学习中的应用示例【研究课题】利用手持技术研究强酸滴定强碱和强酸滴定弱碱过程中PH的变化【实验原理】在酸和碱互相滴定过程中，由于酸或碱量的变化导致溶液中H+和OH-离子浓度的变化，H+和OH-离子浓度的变化可以通过PH传感器以PH曲线的形式反映出来。【仪器药品】数据采集器PH传感器25mL酸式滴定管0.1mol/L的盐酸0.1mol/L氨水0.1mol/L氢氧化钠【实验过程】1组装实验装置2数据采集设置设采集数率为10/s，数据据采集时间为“continue”3分别用0.1mol/L的盐酸滴定0.1mol/L氨水和0.1mol/L氢氧化钠，开始采集并记录数据。【数据分析】图1是用盐酸滴定氢氧化钠的pH曲线，以pH为纵坐标，以反应时间为横坐标。在滴入盐酸HCl前，0.1mol/L的NaOH溶液pH稳定在13左右。一开始滴入HCl，HCl立即与NaOH反应，所以一开始，HCl对NaOH溶液pH的影响是微弱的；随着HCl的缓缓加入，pH曲线缓慢下降。当加入的HCl与NaOH的物质的量近似相等时，即达到化学计量点附近时，出现滴定突跃，在135s~160s时间内pH由11.3降到1.0。当HCl过量后，溶液的pH由HCl电离出来的H+决定，pH为0.42。图1HCl溶液滴定氢氧化钠溶液的pH曲线11.31.0图2是用盐酸滴定氨水的pH曲线，以pH为纵坐标，以反应时间为横坐标。在滴入HCl前，0.1mol/L的NH3·H2O溶液中pH由电离出来的OH-决定，NH3·H2O部分电离，原溶液pH稳定在10.97左右。从一开始滴入HCl，HCl与部分NH3·H2O反应，pH快速下降，所以一开始，HCl对NH3·H2O溶液pH的影响是比较大的；随着HCl的缓缓滴入，pH曲线缓慢下降。当加入的HCl与NH3·H2O的物质的量近似相等时，即达到化学计量点附近时，出现滴定突跃，在95s~115s时间内pH由7.75降到0.80。当HCl过量后，溶液的pH由HCl电离出来的H+决定，pH为0.25。图2HCl溶液滴定氨水溶液的pH曲线三手持技术在化学探究性学习中的开发利用案例1：利用手持技术探究酒精灯火焰的温度。在初中化学里，我们做过用火柴梗比较蜡烛各层火焰温度的实验，通过观察火柴梗的燃烧程度，得出实验结论：外焰温度＞内焰温度＞焰心温度，但是利用温度传感器（温度探头）可以定量测量外焰、内焰、焰心的温度，得出的温度分别是518.9℃、666.5℃和434.3℃，酒精灯火焰各层的温度高低顺序应该是：焰心温度外焰温度内焰温度，为什么会出现这样的原因呢？手持技术仪器：温度传感器、数据采集器案例2：酸雨PH值的测定。收集雨水并静置，利用PH传感器连续测定一段时间内的PH值，以确定该地区雨水的平均酸度，加强学生对酸雨的认识，并探究该地区酸雨形成的原因。手持技术仪器：PH传感器、数据采集器案例3：利用手持技术研究北京市市区的热岛效应。到了夏天大家明显感觉市中心比郊区温度高，究竟城市和郊区的温度相差多大？本试验要求在一定时间内从指定的不同地方采集部分温度，所选地点包括市区商业中心，市区居民区，市区休闲区，郊区，通过所测数据，分析形成热岛效应的原因。手持技术仪器：温度传感器、数据采集器7.750.80案例4:利用手持技术研究双氧水分解的最佳催化剂。资料显示，能使双氧水分解的催化剂有很多种，本实验重点研究二氧化锰，氧化铜，氯化铁，氯化铜对双氧水分解时的催化效果，通过压力传感器测定相同容器中压强变化量，压强变化量越大，则反应速率越快，催化效果越好。手持技术仪器：压力传感器、数据采集器案例5：利用手持技术研究河水的污染状况。评价水体污染状况及污染程度可以用很多指标来表示如：水温、色度、浊度、透明度、pH值、电导率、酸碱度、二氧化碳含量、溶解氧、化学需氧量、总有机碳等。本实验通过利用手持技术重点测定河水PH值、浊度，电导率、溶解氧、温度等实验数据，初步分析它们的水质的污染状况手持技术仪器：数据采集器；pH传感器，温度传感器，电导率传感器，浊度计此外，利用“手持技术”还可以进行了一系列的研究性学习活动，如：《影响水中溶解氧（DO）因素的初步研究》、《关于金鱼存活条件的探究》、《醋酸稀释的探究》、《学校一周内水质的测定》等等。总之，应用手持技术能进行大量数据的采集、定量的科学探究，无疑将提高学生科学探究的水平。把手持技术融入到探究性学习中，让学生学会从定量的角度分析和解决问题，探求变量之间的因果关系，发展了学生的问题解决能力，同时也培养学生科学严谨的态度和对社会的责任感；真正体现了新课标教育思想。但是手持技术作为一项新的实验技术进入中学生的研究性学习，还需要各化学教师对其进行更多地开发和利用。参考文献：钱扬义叶静怡等著《手持技术在化学学习中的应用与建模研究》北京：科学出版社