基于手持技术的“离子反应”课堂教学研究

文 黄颖洁

(黄颖洁，本科，一级教师，江苏省南京市第十三中学， 210008)

一、“手持技术”在化学教学中的应用

“手持技术”又叫做“掌上技术”，是由数据采集器、传感器和配套的软件组成，与图形计算器等设备相连接，能定量采集数据并以多媒体形式展示的一项新型实验技术。

新课程标准实施以来，要求学生能通过以化学实验为主的多种探究活动学习化学，将化学学习融入有关的社会现象和解决具体社会问题之中，引导学生在社会背景中学习化学，从而激发学习兴趣，让学生有更多机会经历和体验科学探究过程，促使学生积极主动获取化学知识，培养创新精神和实践能力。

因此，相较于传统的教师课堂演示实验，手持技术实验更能展现化学反应中 “量”的变化和不易观察的“微观实质”。但是由于设备的普及率较低，在我国将“手持技术”整合于高中常规课堂教学的实践相对较少。基于此，笔者结合教学研究中的一些体会，选取“离子反应”作为教学内容，探讨手持技术对学生理解离子反应实质的帮助。

二、“离子反应”在化学教学中的难点

“离子反应”是人教版教材必修一第二章第二节的内容，在初中化学反应的分类基础上，高中以反应中是否有离子参加来划分离子反应及非离子反应。离子反应不仅是化学学科中重要的基础知识，而且因其内容抽象，也是高中化学教学中的重点和难点之一。

在初中，学生已做过溶液导电性实验，因此本节课首先以电解质概念的介绍为基础，辅以电解质电离方程式的书写。教师提出新问题：电解质为什么可以电离？离子反应的本质是什么？在我们肉眼看不见的溶液内部，究竟发生了怎样的反应才导致了溶液导电性的变化？为什么有的反应没有明显现象，却可以判断其发生？

为了更好地化抽象为具体，加强化学知识的综合利用，在教学中，对离子反应概念及发生条件的认识需利用实验以更加科学的方式展现。将实验与学生的讨论紧密结合，加深学科思维深度，促进学生对所学知识的理解及运用。而离子方程式是离子反应的表达方法，学生只有通过实验准确地认识离子反应及其发生条件才能准确书写，并基于此了解常见离子的检验方法。

三、“离子反应”课堂教学的相关实验研究

1.利用pH传感器测盐酸与氢氧化钠溶液反应过程中pH变化

(1)实验设计

传统的酸碱中和滴定实验，是依据酸碱指示剂变色判断滴定终点。学生虽能看到明显现象，但并不清楚现象背后的反应实质。而基于教师手持技术的实验，利用计算机进行实时数据处理，溶液中氢离子浓度在不断改变，体现在pH值的数据变化上，依据曲线上的突变来判断滴定终点，为学生用肉眼观测中和滴定过程中的细微变化提供了技术条件，从而更清晰地理解中和滴定的实质就是H++OH-= H2O。向溶液中滴加碱或酸，混合溶液pH值必然会发生变化。使用pH值传感器检测混合溶液在滴定过程中pH值的变化情况，并借助计算机投影最终以图像形式显示出来，即可将“看不见”的酸碱中和的离子反应变为“看得见”，化“无形”为“有形”。

(2)实验用品

仪器：多媒体计算机、数据采集器、pH 传感器、磁力搅拌器、酸式滴定管(50 mL)、碱式滴定管(50 mL)、烧杯(100 mL)

药品：盐酸(0.5 mol/L)、NaOH溶液(1 mol/L)

(3)实验步骤

以碱式滴定管量取20.00 mL 1mol/LNaOH溶液于100 mL小烧杯中，搭好实验装置，打开磁力搅拌器，调节搅拌速度。打开数据采集器，将pH传感器连接至数据采集器，在专用程序中设置数据采集器采集频率、采集样本总数。打开酸式滴定管，开始滴定，滴定过程保持匀速。在数据采集软件中得到变化曲线，指导学生分析结果。

(4)实验记录

通过实验操作，得到如图1所示曲线，其中横坐标是时间，纵坐标是pH值。

(5)实验小结

本次实验利用pH传感器，运用手持技术，研究了酸碱中和滴定过程中pH值的变化趋势。酸碱反应虽然在不加指示剂的情况下看不到明显的实验现象，但是通过数字化pH值的测定，也可以使得离子反应“看得见”，更好地揭示了酸碱中和的实质，同时对日后深入研究酸碱中和滴定曲线的教学起了良好铺垫作用。

同时，对本次实验图像中的不顺滑曲线进一步审视，学生也意识到在离子反应过程中，充分接触、充分混合对某一特定点数据的测定具有决定性影响，可以尝试分析各种数据背后可能出现的内外因。

2.利用pH传感器结合数字化实验设备演示无水醋酸钠固体加入盐酸溶液中，观察pH值变化

实验仪器、步骤同上。

药品：无水醋酸钠固体、盐酸(0.05 mol/L)

醋酸钠和盐酸的反应中并没有生成沉淀、气体水，这个化学反应可以发生吗？教学中学生通过手持技术演示实验，观察到盐酸的pH值在加入无水醋酸钠固体后明显增大(如图2所示)，判断已发生化学反应。在这个反应过程中，生成了难电离的弱电解质醋酸，离子的物质的量明显减少，揭示了离子反应的本质是使反应趋于离子浓度减少的方向，小小的演示实验却大大提升了学生的思维品质。

图2

四、反思总结

“离子反应”这个主题的相关内容均是中学化学教学中的重点和难点，也是各类考试中的重要考点，在解决这一问题时，笔者力图通过实验“转定性为定量，化抽象为直观”。 根据课堂教学研究，笔者发现手持技术的介入能够较好地辅助学生更为高效地学习基础理论知识，还能让学生轻松体验科学实验中的真实情境，尤其是数据与图形的结合，更是给学生们留下深刻的印象。手持技术为学生将来能更好地主动“学”、动手“做”添砖加瓦，学生在体会高新科技的独特魅力的同时，也知道了可以利用信息技术来解决化学实验中的实际问题，增强了对探究科学的好奇心和求知欲。

手持技术在课堂教学中的普及将引领新课程的进一步展开，能让学生更好地投入到崭新的学习模式中，改变单一的传统教学模式，最终为素质教育服务。

[1]钱扬义.手持技术在理科实验中的应用研究[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]王磊,魏锐,范林.传感技术:化学实验探究手册[M].北京:北京师范大学出版社,2007.

[3]邓峰,钱扬义,钟映雪.基于手持技术环境的化学课堂教学例析:冰醋酸电离过程实质的探究[J].化学教育,2009,30(1):35-37,65.