名师引领 | 手持技术催化课堂教学之变

作者介绍

魏明贵：江苏省苏州市昆山开发区青阳港学校化学教师，特级教师，全国初中化学优秀教师，安徽省宣城市宣州区初中名师工作室主持人，宣城市化学学科带头人。曾获得全国、省、市优质课一等奖，实验说课一等奖，“一师一优课”获评部优。数字化实验作品获全国一等奖。近些年，致力于初中化学课堂教学的研究，主张融合信息技术创新实验教学，积极探索手持技术的科学应用。

手持技术催化课堂教学之变

课堂是教学、育人的主阵地，承载着核心素养落地的重任，是知识传播、文化传承、文明传播的主战场。课堂教学具有预期性和生成性。研究课堂教学，离不开课堂观察。教师需要关注课堂教学过程，并分析成败，总结经验。技术的革新与进步不断催生课堂教学的新形态，手持技术就是技术进步的产物之一。教师在化学教学中运用手持技术，可提高课堂教学效率和质量，促进现代实验手段与化学教学的融合，加快教师教学方式和学生学习方式的改变。

近些年来，化学教师、教研员和学者对应用手持技术的相关实验做了大量研究，除了见诸有关研究性的文献、著作外，手持技术在课堂教学中的应用案例也越来越多。根据近年来的实践经验，我发现融入手持技术开展课堂教学非常必要，它使课堂发生很多积极的改变。

1

“预设型学习”变为“生成型学习”

教师的“教”是为学生的“学”服务的。要转变学生的学习方式，教师必须转变教学方式。教师应根据教学目标、教学内容和学生的实际情况，灵活运用启发讲解、实验探究、自主学习等教学方式提高学生的科学素养。

以“蜡烛燃烧的产物探究”为例，我将“预设型学习”改为“生成型学习”。“蜡烛燃烧产物为何？”学生答道：“有二氧化碳和水，根据石蜡中组成元素可以知道。”“还有炭黑，发生不完全燃烧。”

……

我根据学生的回答，演示以下两个实验（如图1和图2）。

图1 在蜡烛火焰上方分别罩上干燥的和内壁蘸有石灰水的烧杯

图2 点燃一支蜡烛，将冷碟子放在蜡烛火焰的上方

实验演示结束后，得到蜡烛燃烧产物，“预设型”的课堂很“完美”。同时，我捕捉到“有情况”，有几位学生眉头紧皱。接下来课堂出现“生成性”问题。“实验在敞口环境中进行，空气中也存在二氧化碳和水蒸气，我认为无法确认就是蜡烛燃烧的产物。”“不完全燃烧产生一氧化碳，怎么验证？”“能不能定量测出蜡烛燃烧的产物和消耗氧气的情况？”针对课堂上学生提出的这些“生成性”的问题，我先让他们大胆预测蜡烛燃烧产物及其变化情况。

课堂上学生说出疑惑的原因，自发生成了问题并预测可能的结果。学生在汇报自己预测情况后，目光投向实验桌上的数字化仪器，期待用新的实验手段进行验证。

我用手持技术对在盛有一定体积空气的密闭容器中蜡烛燃烧至熄灭后变化情况进行测定（如图3）。

图3 数字化实验装置

学生发现，蜡烛燃烧过程中，氧气被消耗，但蜡烛熄灭后，密闭容器中氧气的含量还剩余15.50%左右。水蒸气的含量一开始增加，说明燃烧产生了水蒸气；蜡烛熄灭后，随着温度下降，部分水蒸气液化，曲线下降。他们观察到二氧化碳含量明显增加。

接着，我又出示了用手持技术测定的蜡烛在盛有一定体积空气的密闭容器内燃烧至熄灭过程中，O₂和CO含量随时间变化曲线（如图4）。

图4 密闭容器中O2和CO变化曲线

学生马上回应：“蜡烛在密闭容器中发生了不完全燃烧，生成了CO。”“从曲线的变化可以看出，一开始没有一氧化碳生成，随着氧气含量降低，石蜡发生了不完全燃烧。”

课堂上教师将实验中生成的问题展示在学生面前。学生积极思考、讨论，预测曲线趋势并汇报。当学生看到屏幕出现曲线很兴奋，并对比预测结果，展开讨论、思考，课堂气氛达到高潮。

对于学生在课堂上提出的问题，教师利用传统实验可以解决。融入手持技术后，实验变得准确、精确、实时和可视，使原本不可见的微观变化数据化、图表化、动态化，让实验的教育功能发挥得更加充分，为从不同维度培养学生的批判性思维倾向提供了更加丰富的载体。此外，实验过程中又会出现新的“生成性”问题，更新学生的化学知识，促进学生对知识的理解，优化学生认知方式，创新教师教学样态。

2

“听讲型学习”变为“研究型学习”

课堂上，教师应将实验活动转化为探究型（或研究型）的实验任务，设计优化实验方案，开展有关实验活动。课堂教学中，对要解决的问题，教师要引导学生思考，激活学生思维，打破教材的局限，鼓励学生以研究的方式学习。

在“用肥皂水区分硬水和软水”的研究教学中，我做了如下尝试。“用肥皂水可以区分硬水和软水，其实，查阅资料可知，该实验受肥皂水的浓度、滴加的滴数及温度等因素影响。”在我的引导下，有学生发言，“滴加的肥皂水一定是越多越好，现象也越明显”。我按照这位学生的猜想，将不同滴数的肥皂水分别滴加到软水和硬水中，观察现象（见表1）。

表1 不同滴数肥皂水滴加到硬水和软水中的现象

课堂上，学生观察得很仔细。在我滴加肥皂水时，有的学生在小声数数。在我滴加肥皂水并充分振荡试管后，学生将实验现象记录下来。当我滴加完并展示实验现象时，教室一片安静，学生都在紧张地思考。

“大家有何发现?”学生们非常活跃：“肥皂水滴加少了现象不是很明显，滴加多了，硬水里面也逐渐变得清澈。”“硬水和软水中都有不同程度的浑浊。滴加肥皂水少的时候两支试管中没有明显现象。若肥皂水浓度低了，现象就更加不明显了。”“滴加较多肥皂水后，硬水中也逐渐变清。肥皂水也能起软化硬水的作用吗？”

我觉察课堂上部分学生对肉眼看到的或者模糊不清的现象不是非常“放心”。在描述的过程中，学生离试管的远近、观察的角度不同，说出的结论都不一样。这些也为课堂融入手持技术区别硬水和软水作了很好的铺垫。

我选取其中滴加5滴、15滴和25滴肥皂水的试管中的水，倒入检测瓶中用手持技术测定浊度变化情况（如图5）。

图5 不同滴数时硬水和软水浊度变化情况

“观察到哪些现象？”有学生回答，“实验中，在相同的水中，肥皂水的滴数越多，浊度越大。”还有学生回答，“实验中，无论是软水还是硬水，滴加肥皂水后，浊度都是慢慢递减最后达到一个稳定数值。”我再给予回应：“浊度是由水中的悬浮颗粒引起的，它反映的是体系内悬浮颗粒的含量多少，即分散系的浑浊程度。当光线穿过一定量的水溶液时，光线的穿透量取决于水中悬浮颗粒的量。当悬浮颗粒的量增加时，穿透水样的光线随之减少，浊度数值就越大。研究发现，在滴加相同滴数肥皂水的情况下，硬水都比软水的浊度值大——说明产生的浮渣多。”

课堂上，教师引导学生进行研究，开展定性、定量相结合的研究型学习。学生讨论、观察、思考、汇报，获取了教材以外拓展性知识。课下，我将浊度传感器中检测瓶拿出来展示给学生看浮渣的变化。

研究型学习的核心在于“研究”二字，而研究是开展科学探究的最高追求。研究本身就带有很多的不确定性与尝试性，这是与传统教学中听讲性学习最大的区别。融入手持技术进行化学课堂教学，不仅可以展示准确的实验结果，而且可以展示动态的变化过程，提高理论的可信度和科学性。借助手持技术实验得到曲线和数字，过程直观可视，结果真实可靠，有助于增强学生的证据意识，依据证据分析变化的本质和规律，从而帮助学生在研究型学习中更好地掌握化学知识。

3

“习惯型学习”变为“挑战型学习”

话剧《伽利略》中有这么一句台词，“科学，不是给出一个永恒存在的真理，而是与永远存在的错误划清界限”。作为科学教育的重要组成部分，化学学科教学的任务是培养学生大胆创新、敢于挑战的科学探索精神。

一次习题课上，我用浓硫酸做干燥剂，除去氢气中的水蒸气。一位学生问：“浓硫酸有腐蚀性，实验不安全。有没有替代品？”另一位学生问：“浓硫酸可以将氢气中的水蒸气全部除去吗？”

其实，浓硫酸作为气体干燥剂，教材上已有说明。课堂上，学生没有习惯性地接受这一“公认”的化学知识。他们为我操作实验的安全性而担心，商议能否用生活中常见的除湿剂替代浓硫酸。

锌片与稀硫酸反应制取氢气中混有水蒸气。我用浓硫酸两次“干燥”后，借助湿度传感器测湿度的变化情况。

这时，有学生发问，“浓硫酸的确吸取了水蒸气，为何没有全部吸取？”为了解释学生的疑惑，我用生活中常用的硅胶、蒙脱石和氯化钙等三种除湿剂放在密闭的容器中，测量空气湿度的变化情况。

学生认为，三种物质都可以除湿，硅胶吸水效果最好，比浓硫酸安全，环保。他们的进步令我很满意。我补充：变色硅胶除湿后加热后还可以循环使用。

实验过程中，教师演示浓硫酸时，师生都略显紧张。用除湿剂演示时，班级气氛活跃。学生看到曲线的变化，异常兴奋，为自己提出的想法得到证实而骄傲。

融入手持技术开展化学教学，让学生的高阶思维能力得到锻炼，提升了学生的知识迁移能力。科学知识的传授应以知识的内化和思维能力的提升为核心目标和深度追求，丰富内涵、扩大外延，由外向内，由教师本位向学生本位转变。我的教学与这种价值转向也是契合的，促进了学生深度学习。

课堂上适当地融入手持技术，不仅让学生的“脑变勤”“手变勤”“眼变勤”，学习方式发生改变；而且将学科素养下的“宏观—微观—符号—曲线”四重表征完美体现。融入手持技术开展化学课堂教学，不仅是信息技术与化学教学的深度融合，而且是核心素养落地的重要方式。

4

传统与数字融合让教学相得益彰

与传统实验相比，应用手持技术进行实验具有测量仪器携带方便，测量操作简单快捷等优势。应用手持技术进行实验可实现数据可视化，有助于学生探析微观世界，促进学生抽象概念认知，提高学生学习兴趣和信息技术能力。

钱扬义教授通过“手持技术实验态度调查问卷”发现：相对于传统实验，教师认同在化学课堂教学中应用手持技术，主要原因是此种数字化实验优化了定量实验过程，丰富了教学方法、策略和资源，促进了学生在化学学科思维、知识和能力等方面的发展。

对于“可燃物燃烧需要氧气的最低浓度”“氧气使带火星木条复燃最低浓度”等实验，教师利用传统手段也可以操作，但得到的结果都是一个取值范围，无法像利用手持技术那样，通过系统显示的数据获取精准的数据及结论，引发学生积极参与、深度思考。此外，获取曲线，进行证据推理，从微观角度认识化学反应的本质，对于学生提高化学学科核心素养具有重要的意义。

作为现代实验手段，手持技术的应用为实验者定量研究化学反应大有裨益。传统实验以定性研究为主，所用仪器普通、易得，操作也很简便。传统实验中，半值法等是化学实验中的重要研究方法。当前，手持技术的应用的确优化了化学课堂教学。值得注意的是，只有将传统实验与现代实验手段结合，才能取得更好的效果。

长按扫描二维码

观看名师讲座

文章来源 |《中小学数字化教学》2020年第12期

责任编辑 | 祝元志

微信编辑 | 司君琪

 微信监制 | 赵满树

精彩回顾