论手持技术在化学实验中的应用.doc

。 题目：手持技术在实验教学中的应用指导教师：专业：化学学号：姓名论手持技术在化学实验中的应用 【摘要】描述了手持技术的概念、特点及发展概况，介绍了手持技术的具体应用。学生通过学习掌握手持技术这门课程，将会学习到新的信息交流形式。而熟练的掌握，将使得化学实验过程更加清晰，使学生走出实验室进行实验和科学探究成为现实，也是对传统实验方法的有力补充。我国的手持技术研究水平总体也呈现出较为薄弱的局面，需要科学工作者们共同努力，开创我国手持技术的新局面【关键词】 手持技术 信息交流 研究水平 一 手持技术的概念 随着新课程改革的全面推进，信息技术与化学教学的整合研究成为当前教学研究的热点之一。近年来，手持技术开始在国内一些中学化学教学中应用。手持技术，又称传感技术，是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集各种常见数据并能与计算机连接的实验技术系统。它能够测量的化学数据包括温度、电导率、压强、溶解氧、色度、二氧化碳浓度等。与动画模拟和教学课件这类信息技术相比，手持技术能够升入化学知识；内部，更加直观、定量和全面的辅助化学教学。二手持技术的特点 1.手持计算机的交流性能出现了新的师生反馈形式。有了手持计算机，电子记录不易丢失，教师可以对学生的作业提供直接的和秘密的反馈。学生可相互合作并对评估项目或进行中的工作产品的质量提供反馈。教师还可根据来自全班的匿名输入提供反馈，汇集个别学生的项目让教师和学生共同评论。最后，手持应用软件可汇集学生表现的数据，使教师和行政管理人员共享数据以促进教学分组，促进对学生教学需求的讨论。 2.无线手持技术采用新的信息交流形式，新的知识呈现方式，将个别数据集合成有条理的课堂思维，新的参与形式，促进学生和教师的反思，提高学习和教学效率。手持计算机有潜力使评价实践在支持不同情境中的教与学更有效、更有用。随着手持技术的进一步发展，手持计算机在课程评价中会有良好的应用前景。便于实验教学空间的开放 手持设备的数据采集器和传感器体积轻巧，便于携带，能随时随地进行探究活动，并能将实验过程与结果进行及时存储、分析和处理，将其与化学实验教学有机融合，克服了传统实验课程只能被禁锢于实验室之中的窘境，为化学实验课程赋予了新的时代气息，使学生走出实验室进行实验和科学探究成为现实，也是对传统实验方法的有力补充。如钱扬义教授的研究组让学生利用手持设备中的温度传感器探究相同体积不同类型的气体（如氧气、氮气、二氧化碳、甲烷和空气）分别在太阳光和红外灯照射下温度的变化，分析数据，总结规律，从而使学生更好地理解了“温室效应”这一科学概念，促进了其原有“前概念”向科学概念的转变使化学实验过程更清晰，数据及后续处理更准确更简便 利用手持技术进行实验时仪器或电脑可自动收集实验数据，将其进行放大、储存、显示，并忠实地将实验过程用曲线、数据等形式记录下来，更好地诠释了变化的过程，且可使用语言、符号、曲线、数据四种方式表示，既方便直观，又可为进一步地研究提供依据。当与计算机相连时便可将实验变化过程同步展示，若利用微型摄像头还可将整个实验过程储存并回放，便于学生后续分析、处理，增加学生对科学探究活动的感受和体验，从而提高学生定量分析能力，与传统定量实验仪器相比优势明显。刘晓红等根据渗析原理运用手持实验技术记录胶体渗析实验过程水中离子浓度的变化，利用数据和图表说明生活中几种常见的半透膜：胶棉膜、鸡蛋壳、硫酸纸、保鲜膜对Fe（OH）3胶体的渗析性能，不仅使学生更直观地学习与实验，而且提高了学生利用科学手段分析和解决问题的能力。 增强生活化学实验的技术含量 普通高中化学课程标准（实验）强调：使学生认识化学与人类生活的密切联系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感，参与意识和决策能力。将手持技术引入生活化学实验，既可满足学生对高科技实验手段的兴趣和好奇心，又可提高实验的技术含量、量化程度和实验质量，不仅激发了学生的创新潜能，促进学生的实验素养和思维能力的提高，还可帮助学生们理解宏观现象背后的微观本质。如邓育红利用手持pH传感器和电导率传感器带领学生对自来水、凉白开、纯净水、矿泉水、碳酸饮料、运动饮料和碱性饮料进行了探究，得到了直观的数据和表格，揭开了各种水神秘的面纱，也让学生学会运用科学实验终结生活流言。 推进绿色环保实验进程 化学是一门以实验为基础的科学，学生在做实验时常常会给环境带来不同程度的污染，将手持技术与微型实验相结合，不仅可以节约试剂、保护环境、降低危险，更可使实验结果明显准确。如阿伏伽德罗常数的传统测定一般采用单分子油膜法，该方法从实验准备到实验操作都比较繁琐、可变因素较多，对实验前的准备和实验过程中的操作能力要求很高，且溶剂苯毒性大，对环境和实验者的身体都有一定程度的影响。蔡礼儒等以铜为电极电解稀硫酸，利用手持技术4min内简单、快速地测量阿伏伽德罗常数，满足了学生实验的要求，提高学生的学习兴趣，并且减少了测定过程中产生误差的因素，降低了实验的毒性和污染三手持技术的发展概况在欧美等发达国家，将手持技术应用于课堂教学已经有30多年的历史。以图形计算器、MBL(MicrocomputerBased Laboratory，基于微型计算机的实验室)技术为代表的手持式便携工具在学生中是比较普及的理科学习工具。国外也较早开始了对手持技术的研究，由于经济、文化和教育理念等不同，与国内关注的重点存在差异。与国外已有研究相比，国内的研究总体仍处于较薄弱的局面。1 国内手持技术的研究历程 手持技术在我国发展的时间较短，约在20世纪90年代进入我国1。这种新型的实验技术最初在中学物理教学得到应用，随后被引进到化学教学中。根据查阅的文献，笔者将手持技术在国内化学教学中的应用研究分为以下3个主要阶段。 1.1 案例开发阶段（20世纪90年代末至今） 这一阶段的研究主要是开发利用手持技术的实验案例并应用于教学之中，如钱扬义等人于2003年将手持技术引入国内化学教学中，并进行了测定酒精灯火焰温度的实验，得出不同以往的结论2。此后，国内几种主要的化学教育类期刊也开始陆续报道了一系列的实验，并由魏锐、王磊提出了基于掌上实验室的科学实验开发思路3。从内容上看，这些实验应用于化学教学实践的途径，主要有3个方面： (1)常规教学的创新。传统教学中由于时间关系及实验条件的落后，往往只能先给出已有的结论、定理等，然后安排实验去验证这一结论。将手持技术引入课堂中，将知识的发现过程真实地展现在学生面前，还原科学实验的本来面目，使学生从中体会到“做科学”的乐趣，有利于培养学生独立思考、发现问题的能力。如白涛(2010)设计了基于手持技术的探究式教学流程进行“冰醋酸的电离”教学，将获得知识的过程展示给学生，帮助学生建立电离平衡的概念4。 (2)传统实验的改进。手持技术以其多样的传感器和强大的数据处理能力，使得传统实验中难以做到的实验成为可能，使得学生难以理解的抽象概念原理变得清晰明了起来。如利用pH探头测量中和反应中pH的变化过程，能直观地使学生认识滴定终点附近的pH突变过程5；利用压强传感器测量密封容器中气压的变化，可以方便、定量地测定H2O2的分解速率以及乙醇分子的结构6,7。 (3)开展研究性学习和科学探究活动。手持技术使得长时间、大范围、定量性质的实验得以开展，学生可以利用手持技术十分方便地开展基于社会生活与生产实践以及社会热点问题的研究性学习活动。钱扬义等(2006)提出了开发基于手持技术的研究性学习案例的5个维度：解决传统实验难点、减轻认知难点、探究社会热点、研究变量关系、拓展实践时空8。适用于研究性学习的手持技术实验有很多，如“食品中维生素C含量的测定9”等。 这阶段的研究集中于案例开发，形成了内容丰富的手持技术实验资源，有助于帮助有效实现新课改所要求的提高学生科学探究能力的目标。同时，在客观上也有助于广大教师认识并接受手持技术，有利于手持技术在国内的进一步传播。但由于缺少完善的理论支持，导致案例的开发随意性较大，缺乏系统性。对手持技术的研究较多处于简单的模仿与学习阶段，较多的停留于案例开发，缺乏以具体数据来显示应用这一新的教学手段的效果或不足，对学生的应用感受也缺乏深入的调查研究。 1.2 理论研究阶段（约2006年至今） 这一阶段的研究中手持技术的实验案例仍然在继续，但研究者已逐渐开始注意从心理学、教育学等角度对手持技术的应用进行理论方面的探讨，属于认知层面的研究。如邓峰(2006)首次分析了高中生利用手持技术测量溶解氧实验前后的认知过程，探讨信息技术在解决问题类研究性学习中所起的作用，为如何在化学实验教学中培养学生的信息技术素养和探究能力提出建议10。随后，各师范院校的研究生成为该层面研究的主力军，研究手持技术的学位论文数量逐渐增多。其中不仅有手持技术实验的行动研究，还包括运用心理学的研究方法，以实证研究来深入考察手持技术在学生概念认知以及相关能力发展方面所起的作用。 这阶段的研究主要包括4个方面：(1)实证研究。如王祖浩等(2010)设立实验组和控制组，运用测验、观察和访谈的方法比较学生在化学概念学习方面的认知差异，发现手持技术对学中生、学困生和女生概念学习的影响比学优生和男生更为明显11,12。(2)促进学生学习过程的研究。谢泽琛(2007)通过访谈、现场活动观察和口语报告法，对中学生运用手持技术解决化学定量实验问题的心理过程进行研究，为教师利用手持技术培养学生问题解决能力提供参考，并分析了手持技术在问题解决各个环节中的独特作用13。(3)教师及学生对应用手持技术的态度等的研究。邓峰(2008)分别调查了化学教师和化学选修班学生对手持技术应用于教学中的态度和认识，并探讨了影响手持技术在化学教学中应用的因素14,15。(4)教学模式研究。邓峰(2007)构建了基于手持技术的高中化学教学模式(HBCIM)，包括适用于实验探究的“6S”模式和适用于课题探究的“10C”模式，该模式对学生的化学成绩、化学概念理解水平、化学学习兴趣、元认知水平和图像技能的提高具有更显著的作用16。 与前一阶段相比，这一阶段的研究具有以下优点：开始重视建构手持技术研究的系统化的理论框架；初步开始从教育学、心理学的角度进行手持技术的实证研究，注重运用统计数据来说明应用的效果；探讨影响手持技术应用效果的因素，开始注意对手持技术教学模式的研究等。但这阶段研究的缺点是：理论研究的论文数相对较少，理论框架仍不完善；仍然缺少足够的实证研究来支撑手持技术的应用效果，研究方法较简单；将手持技术作为认知工具的研究不够深入，缺乏站在学生的角度去探究学生在运用手持技术学习时的心理机制的研究。 1.3 前沿研究阶段（约2008年至今） 这一阶段可以看作是前2个阶段的进一步发展，这阶段的研究主要是将手持技术与其他新型实验手段相结合，为手持技术的进一步应用提供更加广阔的平台，如“数字化气象站17”、“远程实验室18”等。研究从宏观的“案例层面”深入到微观的“认知层面”，逐渐发展到现今应用于思维建模、远程实验室中。研究人员也不断壮大，形成了包括本科生、研究生和大、中学教师在内的多群体多学科的集团军。钱扬义教授的专著手持技术在化学学习中的应用与建模研究(2009)中，将手持技术当作一种思维建模的工具进行研究，以此促进学生在模型构建、分组合作和学业成就方面的发展，代表了目前我国手持技术研究的最新成果18。 与前面2个阶段相比，这一阶段的研究更进了一步，如在研究方法上，从最初的典型样例法，到口语报告、视频分析与电脑屏幕记录等，再到如今的交叉研发法（需要化学、信息技术与自动化技术研发新产品）。更加注重借助量表、问卷等调查手段，试图从更加客观的角度评价手持技术的应用效果。这一阶段的研究刚刚起步，无论是在技术上和理论上都存在很大空间，有待相关的研究者做进一步的探索和发展。四、手持技术的具体应用例如：探究影响化学反应速率的因素【实验目的】加深对手持技术这一教学手段的了解，认识手持技术中气压传感器，学会运用手持技术开发并设计实验。【实验用品】仪器：带支管的试管（两个）、橡皮塞（两个）、注射器、胶皮管、数据采集器、压强传感器（配套）、手持技术配套软件、酒精灯；药品：3%过氧化氢溶液、二氧化锰、去离子水。【实验步骤】1. 软件的基本设置：打开探索之星，双击DisELAB,选择有线，启动；点击工具栏中的文件新建文件，在选项中进行实验属性设置，在基本参数中采样频率设为1Hz，结束实验参数中采样总秒数设为500s；打开图形工具栏，图形标题可以命名为“催化剂对化学反应速率的影响”，左侧纵坐标中点击曲线，选择0号气压传感器，画线，画点，右侧纵坐标中点击曲线，选择1号气压传感器，画线，画点，横坐标中点击数据，选择时间。2. 取10mL左右的3%过氧化氢溶液加入到试管1中。3. 取少量二氧化锰加入到试管2中，再用注射器取10mL左右 的3%过氧化氢溶液并扎在橡皮塞上，将此橡皮塞塞在试管2管口，暂时不加入。4. 开启数据采集器，测量此时两个试管中的压强。5. 再次连接好数据采集器并开始采集，加入注射器中的过氧化氢溶液并观察试管内的变化。6. 待数据采集器上的曲线稳定后停止数据采集。点击截屏，图像保存在“影响化学反应速率的因素”文件夹下属的“影响化学反应速率的因素图”文件夹中。 打开文件，数据保存在桌面“影响化学反应速率的因素”文件夹下属的“影响化学反应速率的因素数据”文件夹中。7. 对图像进行分析。 【实验研讨】1、哪些因素影响化学反应速率？ 答：1.反应时二氧化锰与过氧化氢的接触面积 2.反应时的温度高低 3.与过氧化氢的被分解程度有关2、哪些因素影响测量效果？如何改进？ 答：1.实验时装置的气密性 改进：使用气密性好的装置进行加热 2实验开始、结束的时间以及时间的长短 改进：操作者控制好实验的开始、 结束时间 3传感器的响应程度是否够快，传感器上是否有灰尘结垢，传感器插入的深度，感温元件的粗细程度【实验总结】 1.实验时，应该先加入固体药品二氧化锰，再加入液体药品。如果反过来加的话，会有液体飞溅而出。2.实验时，不要用手触摸锥形瓶壁，因为过氧化氢会受热分解，手有着一定的温度，这会影响测量结果的准确性。3.实验时，温度对化学反应速率图中末尾处呈直线态下降的原因是加热的温度过高，密闭连通容器内压强过高使橡胶管喷出，从而使红色线呈骤然下降态。4.实验时，双氧水的浓度不宜过高THANKS !致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考-可编辑修改-