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运用手持技术在高三理科班实施
摘要 在高三理科化学教学中，运用手持技术通过测定酸碱中和反应过程的电导率变化，对“酸碱滴定实验”进行“四重表征”教学模式的探究。在教学完成之后，对53名高三理科学生采用问卷调查的方式，从教学内容、教学效果、教学手段等方面调查学生的情感态度，并通过纸笔测试的方法来评价学生的学习效果。研究结果表明该模式学生喜欢，教学方便且有效，为今后手持技术在中学化学课堂教学应用提供参考。
关键词 手持技术 四重表征 酸碱滴定 化学教学模式 教学手段
随着手持技术应用的普及，中学教师对手持技术的认识逐渐加深，手持技术在中学化学教学中的应用也越来越广泛。“酸碱中和反应”是化学“学科关键词”[1]，是中学重要的化学概念，是教材必学的内容，是师生教与学的难点，也是高考的热点。同时酸碱滴定实验也是教科书中学习“离子反应”内容的一个典型实验案例，对酸碱中和滴定实验的探究有利于加深学生对“离子反应”的认知。传统的酸碱滴定实验往往是通过测定pH曲线，从氢离子浓度的变化来学习酸碱中和反应，而本文是利用电导率传感器对酸碱中和滴定进行电导率曲线表征，从“电导率”这一新的角度探究酸碱中和反应中溶液的离子浓度的整体变化，帮助学生以曲线表征为突破点，向酸碱中和滴定的宏观、微观、符号表征进行发散，对酸碱中和反应知识进行整体的建构。本文是我校数字化创新实验案例课题在高三理科化学课堂教学中的一个应用，运用手持技术通过测定酸碱中和反应过程的电导率变化，对“酸碱滴定实验”进行“四重表征”教学模式的探究之一[2，3]。
1 教学及研究方法
1.1 教学过程
1.1.1 教学设计
本节课由2008年广东高考化学科选择题第18题引入，通过互动课堂反馈系统及时反馈学生的答题情况，从学生们较差的答题情况了解到学生对题目中出现的“电导率”知识不熟悉，并且畏惧曲线表征题。因此本节课以高考题为出发点，利用先进的手持技术仪器，以酸滴定碱为例，和同学们一起探究酸碱中和滴定过程的电导率变化，并通过化学学习四重表征模式对电导率曲线进行分析。最后重新做引入的高考题，总结如何运用四重表征模式分析曲线。该教学设计流程见图1。
图1 教学设计流程
1.1.2 理论支持
（1）化学学习四重表征教学模式理论
化学学习由“三重表征”教学模式发展为“四重表征”教学模式，四重表征除了包括宏观表征、微观表征和符号表征，还多了曲线表征，如图2所示。物质在物理和化学变化过程中表现出来的、可以直接观察到的宏观现象在学习者头脑中的反映，称之为宏观表征；微观表征主要是指有关物质的微观组成和结构、微观粒子的运动及相互作用等微观属性在学习者头脑中的反映；符号表征主要是指由拉丁文或英文字母组成的符号和图形符号在学习者头脑中的反映；曲线表征是指由某些自变量的变化引起因变量的变化以坐标图的曲线形式在学习者头脑中的反映。这4种表征形式之间不应是孤立的，而应有机地联系起来，共同构成学习者对化学知识完整的表征系统。
（2）化学学习四重表征模式应用
以0.5 mol/L盐酸滴定20 mL的0.1 mol/L氢氧化钠溶液的实验为例，展示基于“四重表征教学模式”如何进行酸碱滴定实验的探究。由曲线表征（盐酸滴定氢氧化钠溶液的电导率曲线）作为基点，对宏观表征（实验现象、酸式滴定管读数）、微观表征（溶液离子变化）和符号表征（化学方程式、离子符号）进行联想，通过宏观现象、微观离子、符号方程和曲线趋势贯穿整个教学，深化学生对酸碱中和滴定的理解。
图2 四重表征教学模式的结构
图3 盐酸滴定氢氧化钠溶液的电导率曲线
图3中AB段：
曲线表征（曲线趋势）：从图3可以看到AB段曲线为平整的直线；
宏观表征（实验现象）：此时没有向烧杯中的氢氧化钠溶液滴加盐酸。记录酸式滴定管的读数1（0.00 mL）；
符号表征（化学方程式）：此时溶液中并没有发生化学反应，因此不需要写出化学方程式；
微观表征（微观粒子）：此时烧杯中为氢氧化钠溶液，主要的离子为Na+、
OH-。
图3中BC段：
曲线表征（曲线趋势）：曲线呈下降趋势，表明了溶液的电导率下降，到达C点后曲线发生转折；
宏观表征（实验现象）：从B点开始，控制酸式滴定管，向烧杯中匀速滴加盐酸，此时溶液无明显变化。但曲线到达C点时，曲线趋势发生变化，应及时读出酸式滴定管的读数，记为读数2（3.80 mL）；
符号表征（化学方程式）：此阶段为酸碱中和反应，反应方程式为HCl+NaOH=NaCl+H2O，写成离子方程式为H++OH-=H2O；
微观表征（微观粒子）：此时溶液中主要存在着Na+、Cl-、OH-。溶液中减少一个OH-相应增加一个Cl-，溶液的体积变化不大，而Cl-的电导率小于OH-的电导率，电导率呈下降的趋势。
图3中CD段：
曲线表征（曲线趋势）：曲线趋势为上升，表明了溶液的电导率上升；
宏观表征（实验现象）：继续滴加盐酸，盐酸过量，溶液无明显的变化；
符号表征（化学方程式）：此阶段反应停止，无化学方程式；
微观表征（微观粒子）：此时溶液中主要存在着Na+、Cl-、H+。由于盐酸为强电解质，溶液中H+和Cl-不断增加，导致离子总浓度增加，溶液电导率呈上升趋势。以上归纳见表1。
1.2 研究方法
在高三理科化学教学中，运用手持技术对“酸碱滴定实验”进行“四重表征”教学模式的探究。教学完成后，采用学生问卷调查的方法，从教学内容、教学效果、教学手段等方面调查学生的情感态度，并通过纸笔测试的方法来评价学生学习的效果，从而获得定量的数据。定量数据采用Spss17.0进行分析。
2010年12月，选取深圳市某中学53名高三理科学生作为被试，学生已完成高中化学鲁教版《化学1》和《化学2》的学习，化学基础知识扎实。
编制《“酸碱滴定实验的探究”教学调查问卷》，包括对本次教学内容、教学效果、教学手段的评价。教学后，对学生进行情感态度的调查。问卷共15题，前14题采用李克特式5点量表计分法，选项包括：非常同意、同意、说不清楚、不同意和非常不同意，分别记为5、4、3、2、1分。最后一题为不定项选择，学生根据自己的喜好，选择自己喜爱的教学方式或手段。发放问卷53份，回收有效问卷51份，回收率为96.23％。
2 调查结果与分析
2.1 问卷的信度
由表2可知，该问卷的Alpha值为0.881，信度较高，统计结果具有较高的可靠性。
2.2 问卷各题的平均分
从各题的平均分来看，总体上学生对本次教学内容和教学效果评价均比较高，学生喜欢这样的教
学方式。在教学内容方面，第7题“通过与老师共同分析，我对曲线类型题目的恐惧感降低了”平均分是4.5，看来学生们对曲线表征题还是存在一定的恐惧感；除了第7题平均分只有4.5，其他题目的平均分都高于4.7，平均分最高的是第4题“通过电导率曲线的表示，我了解酸滴定碱的电导率变化趋势”为4.808，通过结合化学学习四重表征模式对曲线进行分析，学生们对酸碱滴定过程的电导率变化有了比较清晰的认识。在教学效果方面，第8题到第11题的平均分都在4.6以上，说明了运用手持技术辅助教学得到了学生们的肯定。
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