智能手持终端在化学实验教学中的应用

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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》。 精品文档（可编辑） 值得下载

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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。

如何利用手持技术提升高中化学实验效果

手持技术是一种以计算机、数据采集器和传感器等设备为基础，通过软件程序进行数据分析和处理的现代化技术。以下是一些利用手持技术提升高中化学实验效果的方法：

1. 实时数据采集：利用手持技术，可以在实验过程中实时采集数据，如温度、pH值、电导率等，并可实时展示在屏幕上。这有助于学生更好地理解实验过程和结果，同时减少手动记录数据的时间和误差。

2. 实验现象可视化：手持技术可以支持摄像头的使用，将实验现象通过摄像头投影到屏幕上，使学生更清晰地观察到实验现象。例如，在沉淀反应中，可以通过手持技术实时观察溶液颜色的变化。

3. 数据处理和分析：手持技术集数据采集、处理和分析于一体。通过软件程序，可以快速处理实验数据，并生成图表和报告。这有助于学生更好地理解实验数据的意义，培养他们的数据处理和分析能力。

4. 扩展实验范围：由于手持技术的便携性和灵活性，使得一些在传统实验室无法实施的实验也可以顺利进行。例如，一些需要户外进行的化学实验，或是一些需要长时间观察的实验，都可以通过手持技术得以实现。

5. 提高安全性：手持技术可以支持化学实验的动态性和连续性。例如，在中和滴定的实验中，可以通过手持技术实时监测pH值的变化，避免因为手动滴定可能带来的误差和危险。

6. 增强互动性：通过手持技术，学生可以在实验过程中与屏幕进行互动，如填写实验报告、查询参考资料等。这有助于提高学生的学习兴趣和参与度。

7. 促进合作学习：学生可以通过手持技术进行小组讨论和合作。例如，在化学实验中，不同小组的学生可以通过手持技术共享实验数据和结果，进行讨论和交流。

综上所述，手持技术可以有效地提升高中化学实验的效果和质量。通过实时数据采集、可视化实验现象、数据处理和分析、扩展实验范围、提高安全性、增强互动性和促进合作学习等方式，可以更好地培养学生的实践能力和科学素养。

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手持技术在高中化学中的应用

作者：张志杰

来源：《北京教育·普教版》2011年第06期

手持技术是指在掌上就可以操作的技术，它是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集和数据处理系统，同时，能与计算机连接完成各种后期处理的实验技术系统。手持技术可以广泛应用于理科实验中，利用不同的传感器方便而迅速地收集各类数据，如速度、温度、声音、光、电、力、PH值等。把手持技术融入到化学研究性学习中，学生可以打破定性实验的局限，从定量的角度分析和解决问题，探求变量之间的因果关系，进一步培养学生的探究意识和严谨的科学态度，提高学生的问题解决能力。

手持技术的应用意义

拓宽实验范围，培养学生的探究能力。新课程改革对课程结构和课程内容进行了重大调整，旨在培养学生的科学素养和实用技能，切实反映学生生活经验，改变学生学习生活和现实世界相脱节的状况。但同时也给许多学校带来巨大挑战，如研究性学习、自主学习对学习资源提出了很高要求，而“手持技术”可以定量地进行各种学科实验，可以同时采集多个实验数据，进行量和量之间的关系研究。

以实验为载体，激发学生的学习兴趣。根据高中化学课程的基本理念，教师应该通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学生的学习兴趣，强化科学的探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。手持技术至少有十几种不同的传感器，如PH值传感器，电导率传感器，溶解氧传感器等，利用这些性能各异的传感器可以方便而迅速地收集各类数据。学生通过手持技术完成了以前传统实验室无法完成的实验，探究过程让学生不断体验到成功的喜悦，培养了学生的学习兴趣。

进行定量研究，活跃学生的思维。高中阶段的化学实验大部分都是定性实验，在长期定性实验的训练下，学生的思维僵化、呆板，而手持技术定量测定的特点带给学生新奇的经历，使他们的思维活跃，解题时能够将定量和定性结合起来。如二氧化锰作催化剂的双氧水分解，传统的实验操作只能了解催化剂可以加快或减慢化学反应的速率，但是应用手持技术可以准确地运用压力传感器测得所分解氧气的压力。

手持技术在初中化学实验教学中的应用

手持技术又称“掌上技术”，是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集各种常见数据并能与计算机连接的实验技术系统。其最突出的特点是便携、实时、准确、直观，数据变化过程与实验过程同步进行，可将实验数据以数字或图像的方式实时显示出来，因此能够较为直观、定量和全面地辅助化学教学。

义务教育化学新课标鼓励实验教学创新，提出“条件较好的学校，应积极开展改进、创新教师演示实验和学生实验的活动，创造条件让学生接触一些先进的实验仪器和设备，努力提高实验条件和实验手段的现代化水平” 。通过创造条件让学生接触一些先进的实验仪器和设备，例如将手持技术应用于初中化学实验教学，既可以开阔学生的视野、提高化学学习兴趣，又有助于学生对知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力，促进学生科学素养的提高。笔者结合教学实践，开发了几个将手持技术中的温度传感器和气体压力传感器应用于初中化学实验教学的案例，供同行参考。

一、温度传感器的应用

在物理变化和化学变化过程中常伴随能量变化，利用温度传感器可以定量测量物质变化过程的温度，进而判断物质变化过程中的能量转换。做这类实验通常是通过手触摸容器外壁和使用温度计来定性和定量地测定体系温度变化，但这两种方法的灵敏度都比较低，尤其是物质溶解于水的过程和一些化学反应因能量变化不大或因为反应速率较慢，仅凭用手触摸或一般的测量方法，不易观察吸热或放热现象。利用温度传感器可以方便快捷地测量物质溶解于水和化学反应过程中的温度变化，不仅增强了检测的灵敏度，而且计算机可以实时显示物质溶解于水和化学反应时的温度—时间曲线，使学生在观察实验现象的同时，能够以直观、可视的方式对实验数据结果进行观察，有利于学生对物质变化过程中的温度变化进行判断，加深理解，利于记忆。

“溶解时的吸热或放热现象”是人教版《化学》（九年级下册）第九单元“溶液”课题1中的探究实验，内容是：请学生利用所给的仪器和药品设计实验方案，探究3种固态物质分别溶解于水时是放出热量还是吸收热量。利用温度传感器定量测量相同质量NaOH，NaCl和NH4Cl三种固体物质溶解于等体积水时溶液温度变化，其温度—时间曲线如图1所示。可见，NaOH溶解于水时，溶液温度升高，是放热过程；NH4Cl溶解于水时溶液温度降低，是吸热过程；NaCl溶解于水时，溶液温度稍有降低，也是吸热过程，但其降低程度较相同条件下的NH4Cl小得多。手持技术方便、快捷，可以同时使用3支温度传感器，使不同物质溶解于水时的温度变化同时呈现在一张温度—时间曲线图里，大大提高了实验教学效率，有利于学生观察和记忆。