利用手持技术发展学生“宏观辨识与微观探析”核心素养

牛春雨

摘要：在化学教学中，手持技术的应用促使化学实验正在以一种数字化的形式呈现，为化学实验教学带来了极大的便利，弥补了试管实验无法直接进行微观探析的遗憾。因此，将试管实验与手持技术相融合，利用数据、图像来解析宏观现象，发展学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。

关键词：手持技术;核心素养;离子反应

中图分类号：G4 文献标识码：A

学科核心素养是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。其中“宏观辨识与微观探析”核心素养要求学生能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。在日常教学过程中，通过试管实验可以观察到部分化学反应的明显现象，但对于溶液中微观粒子的变化无法直接观察，导致部分学生对溶液中微观粒子的变化理解不够深入。因此，借助手持技术将粒子的微观变化数据化、具体化、宏观化，帮助学生探析粒子的微观变化。利用手持技术可以将数据变化与实验过程同步进行，再与计算机连接便能将变化过程以图像、表格、指针等形式动态演示出来，且实验数据可达到相对误差为0.05%的准确度，准确度较高。

一、教学背景

本节内容选自必修一第一章第二节《离子反应》的第二课时。本节内容中既要让学生掌握电解质在溶液中反应的本质特征，又要总结出离子反应、离子方程式及其书写步骤，存在课容量大，概念多、抽象，理论性强等特点，且在本节课中学生初步接触数形结合分析图像的方法，在学习过程中发现学生对于图像分析不够准确，利用数形结合分析微观变化对学生的学习造成了极大困难，因此将本节课中引入手持技術测定电解质溶液导电性并绘制出图像，旨在突破学生利用数形结合分析溶液中微观粒子变化这一难点。

二、教学过程

[环节一]宏观现象，导入课堂

结合生活常识（给电器设备通电时，湿手操作易发生触电事故），创设情境，提出问题——为什么湿手操作易触电？

师：演示干燥的NaCl固体、KNO3固体、蒸馏水、NaCl溶液、KNO3溶液的导电实验。

生：观察实验现象，得出结论—干燥的NaCl固体、KNO3固体、蒸馏水不导电，而NaCl溶液、KNO3溶液可以导电。

设计意图：创设情境，以真实、有意义的问题激发学生的学习兴趣。

[环节二]探究电解质溶液导电能力大小的因素

师：影响电解质溶液导电能力大小的因素有哪些呢？

生：小组内针对问题进行讨论。然后各小组依次进行汇报。

引导并将学生讨论结果进行汇总为：离子浓度大小和离子所带电荷数多少两个因素。

师：对于溶液中的离子，我们无法用肉眼看到，但我们可以利用数字化仪器通过数据和图像表征出溶液中离子的变化。

教师介绍数字化仪器——手持技术的构成及使用方法。（课上使用的仪器和试剂为：电导率传感器、数据线、电脑、支架、烧杯、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：结合教师讲解的手持技术装置的使用方法，各组在小组内讨论，设计实验并进行实验。

学生设计实验方案，分别从测定了0.1mol/LNaCl溶液、0.2mol/LNaCl溶液、0.1mol/LNa2SO4溶液、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L 醋酸溶液的电导率，数据如下所示。

最终得出了溶液导电能力的强弱由溶液中自由移动离子的浓度和离子所带的电荷数决定。

设计意图：将手持技术引入教学，通过数据说明影响电解质溶液导电能力大小的因素更具说服力，完成了宏观辨识到微观探析的探究。

[环节三]探究离子反应本质

师：当溶液混合发生化学变化时，溶液导电能力大小是否变化？若变化，是什么原因导致其变化的？请各小组在以下几种情况中选择一种进行实验，根据图像分析。

①向NaOH溶液中滴加稀盐酸;

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：学生们分组利用手持技术中的电导率传感器对以上3种情况进行了实验，得出了相应的图像，如下所示。并由每组同学一次分析三种情况下曲线变化的原因。

①向NaOH溶液中滴加稀盐酸

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

师：溶液混合后，溶液的导电性发生了不同的变化，说明了溶液中离子的浓度发生了化学反应，像这样有离子参加的反应就是离子反应。

设计意图：通过分析数据图像，提升学生数形结合的图像分析能力，从定性探究走向定量探究，直观地感受溶液中离子浓度的变化过程。

[环节四]符号表征离子反应实质

师：当向Ba（OH）2溶液中滴加稀硫酸时，反应前后溶液中粒子种类发生了什么变化？

生：分析溶液混合前后存在的粒子种类。

师：阅读教材中有关离子方程式书写方法的内容，小组交流研讨，形成离子方程式书写的基本程序并用离子方程式表示出向氢氧化钡溶液中滴加稀硫酸的反应。

设计意图：以Ba（OH）2溶液与稀硫酸溶液反应为例，构建离子方程式书写的规则与程序模型，诊断并发展学生符号表征、模型建构与模型认知的学科核心素养。

三、教学评价

本节课上将手持技术中的电导率传感器引入教学，能够快速准确测量溶液的电导率数值及其变化图像，进而分析出微观粒子的变化形式，使学生能够从宏观、微观两个视角分析粒子变化，明确了离子反应的本质，加深了知识理解，完成了宏观辨识到微观探析的探究。

参考文献

[1]赖增荣. 利用数字技术发展学生素养的实践研究——以高中《化学1（必修）》中离子反应教学为例[J]. 中国现代教育装备，2020，No.342（14）：52-56.