微型化学实验仪器与手持技术设备结合的可行性及其初步实践，本文主要内容关键词为：可行性论文,化学实验论文,仪器论文,设备论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在新一轮的基础教育改革中，探究式学习在中学化学学习中有着突出的地位。探究性学习的实质就是让学生主动参与教学过程，积极从事各种探究活动，主动发现科学原理，掌握探究技能。通过微型仪器实现的微型化学实验具有绿色环保、安全性高、成本低等特点，但相应的实验现象则有可能大打折扣；而手持技术可以弥补这个缺陷，它包括数据采集器和各种传感器或探头，能便携地快速、准确、定量地测量科学数据，探究变量之间的关系。
一、微型化学实验仪器与手持技术设备结合的可行性
1.微型化学实验仪器
微型化学实验（Microscale Chemical Experiment）是20世纪80年代崛起，国际上公认的能体现绿色化学理念的一种化学实验的新技术和新方法。它是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量是常规实验的1‰～1/10。它具有节约药品，减少仪器损耗，节省时间，提高实验安全程度等优点。在化学实验教学中，不但有较好的教学效果，而且能极大减少实验的“三废”，是可持续发展战略在化学实验教学中的具体体现。因此，推广微型化学实验的研究和开发必将是化学实验教学发展的一个重要方向。而部分中学已经将微型化学实验推广到课堂的探究式学习上，有效的成为新课程化学学科发展、改革的助力。
2.手持技术设备
手持技术主要由数据采集器和传感器两部分组成，它构建了一个先进的便携式数据采集系统。它最突出的优点有：（1）便携：数据采集器和传感器都较小，在手掌上就可以操作。（2）实时：数据变化过程与实验过程同时进行。（3）准确：可以由机器或电脑自动收集实验数据，时间间隔从
到1h任意选择；也可以人工控制采集。（4）直观：可以通过图像、指针、刻度计、表格等多种形式动态实时地显示实验的变化过程。
3.微型化学实验仪器与手持技术设备结合的可行性
微型化学实验器材小、耗材用量少等特点决定了其实验现象相对不明显，若能结合手持技术，其直观数据将为实验提供直观明显的表征，实时、准确反映出数据，可提高学生探索和研究的乐趣，同时帮助学生能够更好的掌握新知识。我们认为其可行性有以下几点：（1）无论是微型化学实验仪器或手持技术设备都已经发展到相当的水平，其产品的质量、技术指标达到或超过中学化学实验探究所需的质量、技术指标，并且都可批量生产。（2）部分手持技术设备十分微小，可以和微型化学实验仪器匹配，不匹配的部分，也可以通过技术改进、减少体积而达到要求。（3）微型化学实验仪器和手持技术设备的优缺点，刚好形成互补。
微型化学实验仪器和手持技术的结合将会成为中学生探究化学实验的重要工具，势必为课堂内探究性学习提供最为先进、新颖而有效的手段。
二、微型化学实验仪器与手持技术设备结合的初步实践
我们为了验证微型化学实验仪器与手持技术设备是可以结合使用的，初步设计并实现了以下实验。
1.酒精灯火焰温度的测量
（1）实验目的
利用数据采集器和高温传感器，通过学生自己动手做实验，探究微型酒精灯火焰各层温度的变化规律。
（2）实验仪器
数据采集器、高温传感器、微型酒精灯、微型操作台一套。
（3）实验步骤
如图1所示，把数字采集器、高温传感器、微型操作台和微型酒精灯连接起来；打开数据采集器，数据采集器将自动检测到温度传感器，设置采集速率为100次/s，数据采集时间总量为50s；调节传感器的位置，使其由内到外测量火焰各层温度。重复测量五次。
（4）实验注意事项
由于火焰比较不稳定，应注意在空气流动小的地方做实验，探头应对准各层火焰。
（5）实验数据
实验数据曲线图见图2。
（6）实验结论
由图2可知，酒精灯的火焰温度为：外焰＞内焰＞焰心。
2.不同金属与盐酸反应的速率比较
（1）实验目的
通过实验，认识金属与酸的反应。利用手持技术中的压力传感器，学生可以根据气压变化的快慢判断氢气产生的速率，比较不同金属与酸反应的难易程度，认识不同金属的活泼性。
（2）实验原理
活泼金属一般能够与酸反应放出氢气，如果该反应在定容密闭体系内进行，则随着氢气浓度的增加压强随之增大，通过压强随时间的变化情况可以比较出金属反应的速率。
（3）实验仪器和药品
仪器：压力传感器、数字采集器、微型具支试管、橡皮塞、微型操作台一套、注射器、针头、电子天平、移液管、50mL容量瓶、10mL小量筒。
药品：锌片、铝片、镁条、铁丝、稀盐酸。
（4）实验步骤
如图3所示，将压强传感器、数字采集器、具支试管和操作台连接起来，把针头插进橡皮塞，塞紧具支试管口并检验装置的气密性；把镁条擦亮，用电子天平称取0.48g（0.02mol）镁条，放进具支试管中，用注射器吸取1mL 0.1mol/L盐酸溶液；打开数据采集器，数据采集器将自动检测到压强传感器，设置采集速率为1次/s，数据采集时间总量为500s；把注射器中的盐酸溶液注射进具支试管中，立即按下启动按钮，采集器将自动采集数据。（其余金属按其反应后价态，控制金属反应量，步骤参考上面。）
（5）实验注意事项
要保证整个装置的气密性良好，在数据采集过程中应按紧注射器，防止因压力过大而使注射器漏气。
（6）实验数据
实验数据曲线图见图4。
（7）实验结论
从图4可以看出，斜率大小为：镁＞铝＞锌＞铁。也就可以说明这四种金属与酸的反应速率大小为：镁条＞铝片＞锌片＞铁丝，说明实验结果与金属活动性顺序表相符合。
三、结语
化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，化学科学历史上每一次重大突破，都与实验方法的改革密切相关。微型化学实验和手持技术的产生和发展，对我国化学教育有着重要的意义。国家若能在手持技术研发方面加大投入，使其更微小化，价格更低，并适当给予广大农村中学购置配套费，使得农村中学学生实验时能每人一套实验仪器，将有助于学生动手能力和理解能力的提高，势必为新课改注入新的强大动力。
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