手持技术在高师院校无机化学教学中的应用*

崔小梅，薛生桂

(西藏大学理学院，西藏 拉萨 850000)

1 问题的提出

无机化学是化学化工等相关专业学生的第一门基础课，是连接中学化学与大学化学课程学习的桥梁，该课程在学生后续分析化学、物理化学等专业课的学习中起着举足轻重的作用，也为化学师范生未来走入中学化学教学岗位打下夯实的理论知识基础。“互联网+”时代带来的新发展和新变革对无机化学教学提出了新要求和新挑战[1]，传统的无机化学教学模式和方法已经不能满足学生的学习兴趣和要求。

在数字化和信息化时代背景下，以培养学生终身学习和发展为目标的核心素养体系是落实立德树人目标的基础，是新一轮课程改革深化的方向[2]。化学是一门以实验为基础的学科，倡导开展以化学实验为主的多种科学探究活动。新课程改革背景下，要求培养学生化学核心素养，通过化学探究式教学，培养学生高级科学思维，提高学生创新能力，进而实现科学探究-知识理解-科学思维-创新能力的模式培养[3]。高师院校化学专业肩负着培养中学化学教师的重任，所以高等教育工作者应聚焦化学专业人才培养新模式，探索教育信息化背景下高师院校化学专业学生培养的新途径。

2 目前无机化学教学中存在的不足

2.1 教学方式陈旧

无机化学主要包括化学反应原理、物质结构基础和元素无机化学三部分，课程理论性较强，知识体系庞大，但课时数严重不足，教师为了完成教学大纲要求，一般以讲授为主，与学生互动的次数较少，学生处于被动获取知识的地位。而且这门课程一般开设在大一第一学期，大一新生还没有完全适应大学的教学模式，缺乏自主学习能力，很难跟上教师的教学进度，这无疑会导致学生对无机化学课程的厌学心理。

2.2 考核评价方式单一

以西藏大学为例，目前无机化学考核的方式主要由平时成绩(30%)和期末成绩(70%)两部分组成，其中平时成绩考查学生的出勤率和作业情况，期末考试采取闭卷形式，着重考查学生的基础理论知识掌握程度。现行评价方式不全面，忽略了对学生学习的过程性评价，且评价标准完全由教师掌握，学生处于被动评价地位，不利于发挥学生的主观能定性。

3 手持技术在无机化学教学中的作用

手持技术是由传感器、数据采集器和装有配套软件的电脑端组成的便携式信息采集系统，具有自动记录数据，实时绘制图线的功能[4]。其高精度的数据和直观的曲线图同步连续呈现，让学生可以直观地观察到实验数据的变化趋势，迅速建立起理论知识-实验数据-实验图像的有机联系，从而更好地提升学生从数据、图像中获取信息和分析处理实验数据的能力[5-7]。

3.1 调动学生积极性，培养创造性思维

传统的无机化学教学中，教师根据授课内容进行讲解，学生缺乏独立思考的过程，丧失了创造性思维发散的空间，而且国内化学教学目前绝大多数建立在以定性演示或探究实验为主的定性教学的基础上，相对缺乏以手持技术作为定量教学手段的教学实践[8]。

手持技术这种掌上实验教学方式可以让学生从被动接受知识变为主动探究知识，真正成为课堂教学和实践活动的主体。其直观、可视化的数据和曲线图可以帮助学生科学感知与建构无机化学中一些抽象概念，让学生切身体会探究思路和方法，培养创造性思维，提高科学探究能力。此外，通过宏观现象与微观本质的联系转化，让学生养成从化学视角认识事物变化的本质，也能够培养学生发现问题、解决问题的能力，让学生在潜移默化的学习过程中形成化学核心素养[9]。

3.2 不受空间限制，随时随地进行

手持技术最突出的优点就是小巧便携、实时准确，整个实验装置通过与各种探头连接，直观、定量、动态地呈现实验过程，这一点是缺乏自动采集功能、无法处理大量数据的传统化学实验所无法媲美的。手持技术不拘泥于实验室的便携性和灵活性可以让师生随时随地进行探究活动并将实验过程和结果进行实时储存，彻底改变在传统实验室利用传统方法进行实验的现状[10-11]。

3.3 践行“绿色化学”理念，加强社会责任感

化学实验中会用到各种有毒有害的化学药品，在实际操作过程中不乏会造成一些污染，但手持技术实验中涉及到的传感器灵敏度高，这在一定程度上减少了化学药品的使用。所以手持技术的引入也是践行“绿色化学”理念的体现，可以让学生在实际操作过程中树立保护环境、保护生态文明的思想，养成良好的绿色化学习惯，增强对自然和社会的责任感。

4 手持技术在无机化学教学中的具体应用

4.1 化学反应原理模块

化学反应原理主要包括化学反应热力学、化学反应动力学和四大化学平衡，该模块知识点较多、逻辑性较强，涉及大量公式和复杂的计算，学生普遍反映计算时不知如何应用公式[12]。比如在学习化学平衡影响因素时，教师一般通过勒夏特列原理或者公式推导来让学生理解，但其实学生没有直观的视觉感受，也没有亲手通过实验来验证这一理论的正确性。手持技术实验有助于学生深入理解知识，在探讨浓度对化学平衡的影响时，通过色度计检测透光率，在电脑屏幕上实时显现透光率曲线，不仅能使学生观察宏观的实验现象，更能根据数据、曲线的变化，从微观层面认识和理解化学平衡，为学生建构化学平衡提供感性材料支撑[13]。

4.2 物质结构基础模块

物质结构基础主要包括原子结构、分子结构、固体结构和配合物结构四部分，这些内容涉及到微观层面，内容抽象而枯燥，很多学生反应是无机化学三大模块中最难学的部分，手持技术的应用可以帮助学生将枯燥抽象的知识转化为直观的数据。例如研究者通过手持技术温度传感器分别测定了1,2-丙二醇、1,3-丙二醇及二者混合醇在相同条件下蒸发时的温度变化曲线，比较了氢键类型对蒸发行为曲线变化的影响。这一过程的探究让学生既直观感知了氢键对分子间作用力的影响这一知识，又充分认识到“结构决定性质”的化学思想[14]。

4.3 元素无机化学模块

元素无机化学模块的知识零碎，内容枯燥，系统性不强，学生学习过程中无法掌握重点，难以形成系统完善的知识体系，容易产生厌烦情绪。在学习锰元素的相关知识时，学生高中被简单告知高锰酸钾在不同条件下的氧化性是不同的，在大学无机化学的学习时教师根据元素电势图等进行理论说明。但学生学完以后仍然只记得结论性的知识，借助传感器让学生亲自探究物质的氧化性随溶液酸碱度的变化情况能让学生印象深刻。例如在一定浓度的高锰酸钾溶液中，通过滴定管分别滴加pH=14的氢氧化钠溶液和pH=1的硫酸溶液，体系氧化还原电势(ORP)和pH的变化图像通过相应传感器测得并实时显示在电脑屏幕上[15]。

表1 无机化学各知识模块与手持技术结合案例

手持技术与高师院校无机化学的整合研究相对较少，将学生较难理解且易于和手持技术结合的知识开发成手持技术实验案例应用于常态化教学是未来值得研究的问题。目前手持技术可以进行的实验不是太多, 这也进一步影响了学校和教师对手持技术的态度[16]。笔者针对可以尝试与手持技术实验结合的知识点及可能用到的传感器进行了简单概括，具体见表1，这对于整个无机化学知识体系来说仅是九牛一毛，更加具体的实验案例需要由高师院校的学者深入研究探讨。

5 结 语

手持技术的引入可以将定性的现象和定量的分析有机结合起来，能深化学生对于概念的理解，帮助学生形成结构化的知识，有利于学生严谨的科学思维的养成[17]。将手持技术融入高师院校无机化学教学课堂符合核心素养理念下师范专业认证的培养目标，符合基础教育和师范生改革发展的需要，对学生个人终身发展具有重要意义。