數(shù)字化手持技術(shù)是基于現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、智能控制等進行實驗的技術(shù)系統(tǒng)，具有實時性、準確性、便攜性、直觀性和綜合性的特點。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)可從“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”等多個維度入手，培育學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、數(shù)字化手持技術(shù)的內(nèi)涵

數(shù)字化手持技術(shù)即數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗，是以計算機為基礎(chǔ)，集教育和信息技術(shù)為一體的新型教學(xué)工具。數(shù)字化手持技術(shù)是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計算機+處理軟件”組成的能夠采集化學(xué)實驗數(shù)據(jù)，并以圖表的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化實驗技術(shù)手段。數(shù)字化手持技術(shù)有著強大的感知功能、現(xiàn)代化信息處理及儲存功能、后期數(shù)據(jù)處理功能等，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)圖結(jié)合、記錄細微過程的實驗數(shù)據(jù)、自動生成圖像，以及讓化學(xué)反應(yīng)的瞬間變化“可視化”，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

二、數(shù)字化手持技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

1.能夠強化現(xiàn)象表征

在傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)中，教師針對一些現(xiàn)象不明顯、過程不明朗、耗時長、會產(chǎn)生有毒氣體和有害物質(zhì)的實驗，只能用口頭描述或播放視頻的方式進行講解，這樣會嚴重減弱學(xué)生的學(xué)習興趣。數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用使實驗操作更加便捷，數(shù)據(jù)更加精準，效果更加直觀、清晰，學(xué)生從中不僅能夠觀察實驗的過程和結(jié)果，還能夠利用實驗數(shù)據(jù)了解其中包含的實驗原理。

例如，在鈉的化合物一課中，教材要求學(xué)生驗證Na2CO3和NaHCO3溶液堿性的強弱，以及Na2CO3和NaHCO3溶于水的吸放熱情況，學(xué)生可以向等濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液滴加酚酞，判斷兩種溶液堿性的強弱，實驗現(xiàn)象很明顯。但在Na2CO3和NaHCO3溶于水的吸放熱實驗中，由于熱量變化過于微弱，實驗經(jīng)常失敗。此時，筆者應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)通過數(shù)據(jù)變化，使學(xué)生直觀地感受了物質(zhì)溶于水的熱量變化情況（如圖1所示）。數(shù)字化手持技術(shù)準確地呈現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)，不僅能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，還能夠培育學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.能夠幫助學(xué)生了解微觀本質(zhì)

化學(xué)是研究分子及類分子的科學(xué)，宏觀看現(xiàn)象，微觀找原因，宏觀加微觀是學(xué)習化學(xué)的重要方法。在講授高中化學(xué)新教材選擇性必修二“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”一課時，很多抽象的化學(xué)概念無法用宏觀實驗現(xiàn)象說明，學(xué)生很難理解其原理。此時，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)為學(xué)生設(shè)計了簡單易操作的探究實驗，讓學(xué)生通過清晰直觀的實驗圖像、曲線變化等分析物質(zhì)內(nèi)部微粒間的相互作用，感受物質(zhì)的變化過程。

例如，在探究分子間作用力大小因素時，筆者利用溫度傳感器分別測量了正丁醇、正丙醇、乙醇、甲醇4種醇揮發(fā)時溫度的變化（如圖2所示），學(xué)生根據(jù)曲線清晰地看出不同醇揮發(fā)時溫度下降幅度也不同，他們通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：對于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔點也越高。由此可見，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)變抽象為直觀、靜態(tài)為動態(tài)、化無形為有形，為學(xué)生理解所學(xué)知識奠定了一定的基礎(chǔ)。

3.能夠輔助師生破解教學(xué)難點

化學(xué)實驗教學(xué)中經(jīng)常會出現(xiàn)一些原理比較復(fù)雜或多種因素共同作用的化學(xué)現(xiàn)象，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)又很難揭示其本質(zhì)規(guī)律，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。此時，筆者根據(jù)教學(xué)難點，借助不同傳感器設(shè)計實驗，將抽象、復(fù)雜的理論知識以圖像、動態(tài)曲線等形式直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生透過表面看本質(zhì)。這種教學(xué)方式不僅降低了學(xué)生的學(xué)習難度，還在一定程度上提升了教學(xué)效果。

例如，在講授高中化學(xué)新教材選擇性必修一“化學(xué)反應(yīng)原理”一課時，筆者針對化學(xué)反應(yīng)的平衡移動、弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解及難溶電解質(zhì)的溶解平衡等知識，借助數(shù)字化手持技術(shù)打破傳統(tǒng)概念教學(xué)的局限性，為學(xué)生補充了很多宏觀的事實性材料，幫助學(xué)生更好地從微觀上理解和探究抽象的概念原理，從“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”等多個維度培育了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

又如，在講解“稀釋時，弱電解質(zhì)的電離度增大”這一知識時，常規(guī)的教學(xué)方法是利用電離常數(shù)與濃度商的關(guān)系說明平衡移動的方向，這種方法過于抽象，教學(xué)難度大，且醋酸濃度大于0.1mol/L時不符合稀釋定律，存在一定的偏差，顯然不是理想的方案。此時，筆者借助數(shù)字化手持技術(shù)，利用電導(dǎo)率傳感器、光電門（滴數(shù)傳感器）和pH傳感器監(jiān)測稀釋冰醋酸過程中電導(dǎo)率和pH的變化，并形成圖像（如圖3所示），幫助學(xué)生破解難點問題，發(fā)展學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科素養(yǎng)。

三、數(shù)字化手持技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

1.強化傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化手持技術(shù)的有機融合

數(shù)字化手持技術(shù)有著便捷、實時監(jiān)測、準確、直觀等優(yōu)點，不僅能夠幫助學(xué)生直觀形象地掌握化學(xué)概念和規(guī)律，了解物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析問題能力，強化學(xué)生的實驗操作技能。但學(xué)生借助數(shù)字化手持技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集和計算，勢必會影響動手能力、探究能力、合作能力的進一步發(fā)展和提升。因此，在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)理性看待數(shù)字化手持技術(shù)的應(yīng)用，不能用其完全替代傳統(tǒng)實驗。為了進一步提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，充分發(fā)揮數(shù)字化手持技術(shù)的優(yōu)勢，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情將傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化手持技術(shù)進行融合，確保兩種實驗優(yōu)勢互補，幫助學(xué)生深度理解化學(xué)本質(zhì)及規(guī)律，激活學(xué)生的批判思維和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

例如，探究同離子效應(yīng)及離子反應(yīng)效應(yīng)對鹽類水解的影響時，筆者讓學(xué)生先分別向兩支裝有2mlFeCl3溶液的試管中滴加2滴HCl和NaOH溶液，細致觀察、分析其現(xiàn)象，通過溶液顏色的變化判斷相關(guān)離子對水解平衡的影響。再用數(shù)字化手持技術(shù)利用濁度傳感器測定溶液的渾濁程度，對鹽類水解進行平衡移動追蹤。這兩種實驗方式既能鍛煉學(xué)生的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，又能幫助學(xué)生通過現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析、理解平衡思想和守恒觀念，在此過程中學(xué)生的數(shù)據(jù)意識、思維能力能夠得到培養(yǎng)，教學(xué)也能夠達到理想的狀態(tài)。

2.借助數(shù)字化手持技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生自主探究

在化學(xué)教學(xué)過程中，教師大多是按照課本中既定的實驗流程，按部就班地再現(xiàn)實驗過程，學(xué)生已提前知曉實驗結(jié)果就會缺乏探究動力，他們參與課堂教學(xué)活動的積極性不高，使得化學(xué)實驗難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，教師可以借助數(shù)字化手持技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)相關(guān)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習、自主探究、實證討論，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，在日常教學(xué)中，教師總告訴學(xué)生酒精燈的外焰溫度最高，加熱時用外焰。那么，酒精燈外焰、內(nèi)焰的溫度是多少呢？到底是不是外焰的溫度最高呢？筆者讓學(xué)生先搜集相關(guān)資料，并通過實驗進行驗證。學(xué)生以酒精燈火焰溫度為關(guān)鍵詞，在知網(wǎng)檢索了33篇文章，大部分為核心期刊，其中華南師范大學(xué)錢揚義教授所寫文章下載量和被引量最多。學(xué)生從論文數(shù)據(jù)看到內(nèi)焰的溫度最高，可達782℃左右，外焰的溫度只有675℃，焰心的溫度593℃。那么，教材為什么要用外焰加熱呢，理論上認為外焰溫度最高，原因是酒精蒸氣在外焰處與氧氣接觸的面積最大，燃燒也最充分，但由于外焰與外界大氣充分接觸熱量散失最多，以致外焰溫度低于內(nèi)焰；內(nèi)焰處酒精蒸氣穩(wěn)定，與空氣接觸適中，燃燒充分，發(fā)出的光也最明亮；焰心處由于接觸大氣面積最小，酒精蒸氣沒有充分燃燒，溫度最低。圖4是學(xué)生所做實驗，通過實驗，學(xué)生不僅掌握了一些科學(xué)研究方法和步驟，還養(yǎng)成了嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3.依托數(shù)字化手持技術(shù)優(yōu)化練習評價

在化學(xué)教學(xué)中，筆者應(yīng)用數(shù)字化手持技術(shù)有效解決了實際問題，不僅優(yōu)化了教學(xué)方式，提升了教學(xué)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新精神，學(xué)生在做中學(xué)、做中思、做中悟，學(xué)科核心素養(yǎng)有了很大的提升。

教育的根本目的是立足“人的發(fā)展”，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)學(xué)科的深度融合也是“人文、技術(shù)、學(xué)科”的大融合。從教師層面來看，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合不僅能夠深化教師的學(xué)科認知，還可以提升教師的教研能力。從教學(xué)層面來看，數(shù)字化手持技術(shù)能夠幫助學(xué)生在現(xiàn)有認知發(fā)展水平上感知科學(xué)、理解抽象化學(xué)概念。從學(xué)生層面來看，數(shù)字化手持技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的融合，不僅能夠幫助學(xué)生深度理解化學(xué)本質(zhì)及規(guī)律，還能夠激活學(xué)生的批判思維和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的證據(jù)意識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力、圖像分析能力，培育學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

作者單位  西安市教育科學(xué)研究院