基于手持技术的中学化学教学案例开发及实践研究

发布时间：2015-02-01 13:42

 

【摘要】 2010年国务院常务会议审议并通过《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》，明确提出“信息技术对教育发展具有革命性影响”。随着课程改革的不断深入，信息技术教育在中小学课程结构中占据了重要地位。科学技术飞速发展的今天，应将信息技术应用于教学，优化教学过程，培养和提高学生的信息素养能力。手持技术是现代科学技术发展的产物，为学生的科学探究活动提供了强大的技术支持。在查阅大量文献后发现：大多数手持技术的案例开发只涉及一种传感器，没能充分发挥手持技术的功能。为推进手持技术在中学化学教学中的应用，本文利用手持技术开发了基于手持技术的人体呼出气体的测定、基于手持技术的空气中氧气含量测定、基于手持技术测定温度对氢氟酸电离的影响、基于手持技术物质分子间作用力比较、手持技术在相关铝的化合物间转化应用等案例。手持技术应用于实验可以还原实验的本质，使实验过程更加直观，可以定性、定量研究化学实验，提高教学效率。本文选取贵阳市五一学校九年级（1）班学生作为研究对象，将手持技术应用于探究人体呼出气体和空气中氧气含量测定的教学中。为检验教学的实践效果，采用观察法、访谈法等对学生进行调查。结果显示：手持技术的应用对激发学生学习兴趣、提高学生的综合能力等方面有很大影响。通过手持技术的教学实践，论文最后提出自己在手持技术教学中的一些见解，希望能给利用手持技术进行教学的中学教师提供一些参考。 

第一章  问题的提出 

新一轮的课程改革从课程性质、课程理念、课程目标、课程内容标准等几个方面进行了改革。新课程的设置主要是通过提升学生在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观等方面的综合能力，最终以达到提高学生的科学素养能力为宗旨。在教学中要为学生提供尽可能多的机会学习科学探究的方法，在“做中学”中知道科学探究过程，体会科学探究的乐趣，逐渐养成严谨的科学态度，获得科学的方法。手持技术仪器有多种传感器，可以测定物理、生物及化学的相关量的变化，手持技术拥有强大的技术系统支持学生的科学探究活动，作为一种功能强大的实验工具、一种现代科学技术的产物应用于教学，更加方便学生的学习，提高了学生学习的效率。手持技术是现代科学技术与教育结合的产物，将其应用于教学，符合新一轮课程改革的要求。 上海市中学化学课程标准明确指出:学生要学会运用信息技术进行学习，提倡信息技术教育环境下师生互动的学习方式，让学生通过图形计算器或掌上电脑、传感技术（即手持技术）进行自主学习，提高教育教学效率[1]。上海市的化学课程标准将手持技术在化学教学中的应用提到了一定高度，说明在信息技术时代，手持技术对学生学习的影响不可小视。手持技术应用于化学教学为学生的科学探究提供了技术支持，可以对问题从不同角度、不同层次进行探究，满足不同层次学生的需求，从而丰富和完善学生的知识结构和认知体系。
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第二章  手持技术简介 

2.1 手持技术工作原理
手持技术是由传感器、数据采集器、接口设备以及相配套的软件组成的验技术系统，可以实现数据和图像相结合，最终将图像呈现在电脑屏幕上，因手持技术仪器体积一般较小，顾这套实验技术系统被形象地称为“手持技术”。手持技术的核心部件是传感器，传感器是把可识别的各种物理、生物、化学等相关量精确地变换为电信号,[15]再经电子电路或计算机进行处理,从而达到对这些相关量进行检测的和控制。手持技术就是通过传感器去识别物理、化学、生物等物理量，将这些物理量转化成电信号，在通过数据采集器及配套软件将这些电信号转化为数字并能以数图结合的方式呈现在计算机屏幕上。 

2.2 手持技术的特点
手持技术与传统实验技术手段不同，它拥有强大的后期数据处理功能，能够实现数图的结合，图像自动生成，手持技术应用于教学中，有助于加强学生信息获取、加工、处理等方面的能力。此外，手持技术还具有以下显著特点： （1）便携：手持技术仪器（采集器、传感器）一般体积较小，方便携带，可以让学生在任何地方做相关的研究，采集器不仅能够采集实验数据还能储存实验数据，保障了后期实验结论的得出。 （2）实时：手持技术能够快速采集实验过程中实验数据，数据的变化过程与实验过程同步，在采集数据的过程中，可以根据需要设置采集频率及数据采集的时间、个数等。 （3）准确：采集器采集数据都是经过传感器感知的物理量处理后输出的电信号，结果准确，例如pH传感器测量的pH值可以精确到0.01。 （4）直观：采集器所采集的数据可以通过相配套的软件以图像、表格等多种方式自动生成，直观地呈现在计算机屏幕上。 （5）综合：手持技术仪器有多种数学、物理、化学、生物等相关的传感器，且一个数据采集器可以同时连接四个不同类型的传感器，可对实验进行多因素综合探究，丰富实验内容。

第三章  教育理论基础 .......11

3.1 建构主义的学习观............................11

3.2 建构主义的教学观........................ 11

3.3 最近发展区理论.................... 11

第四章  基于手持技术的案例开发............12

4.1 基于手持技术的人体呼出气体的测定......................... 13

4.2 基于手持技术的空气中氧气含量测定......................... 15

4.3 手持技术在相关铝的化合物间转化应用.......................18

第五章  基于手持技术的教学实践研究..............27

5.1 制定研究计划.....................27

5.1.1 研究目标........................27

第五章  基于手持技术的教学实践研究 

5.1 制定研究计划
（1）九年级化学是化学学习的启蒙阶段，若将用手持技术应用于教学，能够增强学生学习化学的兴趣。九年级学生刚接触化学，相关知识储备还比较薄弱，为此选择实验操作简单的人教版“人体呼出气体的探究”，简单运用手持技术来探究人体呼出气体。
（2）空气中氧气含量测定是人教版九年级化学上册第二单元课题 1 的内容，学生第一次接触研究化学的一种重要方法——定量研究。若将手持技术引进该实验，可以还原实验的微观过程。在空气成分测定的实验中引入手持技术，还可以让学生感受现代科学技术所带来的改变，体会科学技术的力量，从而激发学生学习的动力，增强学生的社会责任感。 

5.2 教学过程实施
本堂课利用拉瓦锡发现空气成分的化学史引入，学生可以体会化学是一门古老的学科，科学的每一步发展都经历了一个漫长的过程。在了解拉瓦锡的实验后，同学们积极思考，踊跃发言，课堂气氛十分活跃。学生兴趣大增，对这种新仪器非常的好奇。在白磷燃烧过程中，氧气传感器把燃烧过程中氧气含量及时地在“数字化实验探究实验室”界面上自动生成图像，将学生肉眼观察不到的现象实时地呈现出来，学生会清楚的知道白磷燃烧是和空气中的氧气发生了化学变化，压强的减小是由于燃烧过程中氧气被消耗而引起的。手持技术能够实时反映出体系相关物理量的变化，学生对这种既能及时测量氧气含量变化又能立刻自动生成图像这种现象感到非常惊讶。手持技术的应用使学生对化学课更加感兴趣，增强学生学习化学的兴趣。在白磷燃烧实验中利用手持技术可以让学生观察到传统实验过程中肉眼看不到的变化，还原化学反应的本质。此外本实验采用白磷在密闭体系中燃烧，相对红磷的燃烧来讲减少了空气污染。
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第六章 研究结论及反思 

 

通过调查研究表明手持技术应用应用于化学教学，可以有效促进学生之间的交流与合作。在21 世纪飞快发展的今天，信息素养能力已是继听、说、读、写后的一种必备能力，手持技术的应用加强学生对信息的获取、加工、处理能力。在此过程中，学生还掌握了推理、概括总结等科学方法，体会了科学探究的乐趣，也体会到了科学研究的艰辛。手持技术应用于化学教学可以有效促进学生知识、技能、方法、情感态度等方面的发展。为了充分发展手持技术在化学教学中的优势，我觉得利用手持技术进行教学的教师因该注意以下几个方面。 第一，教师应及时关注相关手持技术的研究动态，在已有研究的基础上不断创新，以便于在教学中更好的发挥手持技术的优势，促进学生综合能力的提升。第二，教师应该在教学实践中不断的总结、反思。第三，要加强与同行教师以及专家的交流，提高教师在利用手持技术进行实践的教学效果。当然教师也应该关注与学生之间的交流，注重学生在应用手持技术进行学习过程中的问题。第四，，教师应该根据学生的具体情况来开展手持技术的教学，要尽量照顾到每一个学生的发展，要让学生在其已有的发展水平上进一步的发展，达到学生可能发展的水平，体会成功的喜悦和乐趣，从而获得学习的动力。
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参考文献:

[1] 施佳虹.  “最近发展区”对初中生物实验教学的启示[J]. 新课程(下). 2013(02)
[2] 李凯,鲍正荣.  基于手持技术测定空气中氧气含量[J]. 中小学实验与装备. 2012(01)
[3] 任改兰,靳建华.  手持技术与小学科学课程的整合——探究“新乡市区卫河水是否适合鱼类生长”[J]. 教育与教学研究. 2012(01)
[4] 张倩,方舟,钱扬义,李玉莹.  专论手持技术在国内化学教学中的应用研究进展手持技术在国内化学教学中的应用研究进展[J]. 化学教育. 2011(10)
[5] 钱扬义,黄晓燕.  “520远程化学实验室”在中学实验教学中的应用与探索[J]. 中国电化教育. 2011(01)
[6] 钱扬义,彭豪.  “数字化微型气象站”在科学教育中的应用与思考[J]. 中国电化教育. 2009(07)
[7] 谢泽琛,钱扬义,罗秀玲,张娟.  中学生运用手持技术解决化学定量实验问题的心理过程分析[J]. 中国电化教育. 2007(04)
[8] 邓峰,钱扬义.  利用手持技术对学生学习溶解氧认知过程初探——信息技术在研究性学习中的应用[J]. 化学教育. 2006(06)
[9] 孙杰,鲍正荣,黄会林.  利用手持技术探究影响硫酸铅溶解度的因素[J]. 中小学实验与装备. 2005(06)
[10] 李丹,沈国励.  PVC膜pH电极的应用——氢氟酸电离常数的测定[J]. 化学传感器. 2000(04)



本文编号：11762