化学实验教学中手持技术的应用研究

摘要： 介绍了手持技术（Hand-held technology，HHT）的含义、发展过程、组成、工作原理和特性。利用实验示例说明手持技术在化学实验教学中的优势及价值，并对手持技术的应用前景和发展趋势进行了初步的分析。

关键词：手持技术 化学实验 定量分析 绿色环保

化学实验在加强学生能力培养、提高人才培养质量方面担负着重大的历史使命。将手持技术引入化学实验教学中，有利于培养学生的创新思维以及发现、提出和解决问题的能力，同时锻炼了学生搜集信息和处理数据的能力，两者的完美结合使学生实实在在地体会到科学研究的真谛。

1手持技术简介

手持技术从上世纪80年代开始就在国外发达国家的理科教学中得到了广泛的应用，而我国基础教育中应用手持技术仪器（包括采集器、传感器与图像计算器等）则始于上世纪末本世纪初。随着手持技术的硬件及软件技术的逐渐成熟，国内许多学者在手持技术的实验开发方面作了大量的工作，目前较具代表性的专著为华南师范大学钱扬义教授编写的《手持技术在理科实验中的应用研究》和北京师范大学王磊教授编写的《传感技术化学实验探究手册》。

手持技术的组成包括图形计算器、掌上设备、传感器（探头）、数据库等设备以及相关的网络和软件。其核心部件是传感器，已被广泛用于工农业生产、科技军事、日常生活等各个领域。目前在化学实验教学中应用最广泛的传感器包括：电流传感器、电压传感器、pH传感器、电导率传感器、湿度传感器、温度传感器、色度传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器以及各种离子（如 K+、Ca2+、NO3-等）浓度传感器等。

2手持技术在化学实验教学中的优势及价值

手持技术是一种高科技、现代化的实验工具，具有许多传统实验工具无法替代的优点，为化学实验教学及其研究的开展提供了广阔的发展平台。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3结语

手持技术是推进我国实验课程改革的一个重要途径，对于实现探究性实验的普及、提升学生科学分析能力，促进各学科领域之间的融合，培养学生的科学态度和创新思维创起着巨大的推动作用。迄今为止，我国手持技术的应用研究并不均衡，就地域差别来看，发达地区的中小学已开始建立手持技术实验室，而内陆经济落后地区甚至从未听过手持技术这个名词；从学科应用角度看，数学、物理学科对手持应用的研究较早，成果较多，而生物、化学学科则相对较晚，成果较少；从研究内容来看，化学学科中更多的侧重于案例研究，较为单一。虽然，我国对手持技术的研究应用尚处于初步阶段，但新版高中化学教材中对手持技术的引入，说明了手持技术的重要性和远大的发展前景，未来对手持技术的研究将会是百家争鸣、百花齐放的欣荣景象。

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