手持技术在原电池教学中的应用.doc

手持技术在原电池教学中的应用杨延光 王东录（安徽省合肥一中，230601）摘要：通过教学实践，探索手持技术在原电池教学中的应用，使先进的仪器能发挥提高教学有效性的作用，对学生初步掌握如何控制变量来研究问题。关键词：手持技术；原电池；教学有效性；控制变量手持技术，顾名思义，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处理数据系统，并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，可以方便而迅速地收集各类物理、化学、生物、环境等数据，如电流、电压、光强度、温度、力、气压、磁场、音量、距离、pH、溶解氧、电导率、CO2 浓度、色度以及Ca2+ 、NO3- 、NH4 + 、Cl- 的浓度、相对湿度、心电图、光强度等等。手持技术是一种高科技的、现代化的方法，是实验改革和发展的有效手段，使实验更加现代化。笔者在人教版必修二原电池教学中采用传统的做法，使用了电流计、音乐卡上的声光组件等定性地表明了电流的产生，在选修四化学反应原理采用了手持技术，突出了手段的信息化、现代化，在教学生初步掌握如何控制变量来研究问题方面取得了良好的教学效果。笔者使用的仪器是宁波华茂电子有限公司出产，一台数字化实验系统主机，八个传感器及副件（图1）。图11、加深对盐桥作用的理解通过必修教材的学习，学生已了解原电池的基本组成，但对原电池的理解还是不深，对原电池存在单池的思维定势，知道如何判断电流的有无，但对实用电池的原理尚不清楚。在原电池中设置盐桥不是一个普通的技术改进，而是对旧的思维模式的一个质的突破。过去认为氧化剂、还原剂只有直接接触、相互作用才能发生电子的转移，而现在，是使氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间通过特定的装置实现了电子的定向转移，为原电池持续、稳定地产生电流创造了必要的条件，也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。通过手持技术，学生直观地看到没有盐桥时与有盐桥时h电流强度图形（教师事先做好）是不一样的，从而以事实表明使用盐桥的必要性。盐桥有利于电池的实用化，没有盐桥，单池原电池是没有任何实用价值的。2、探究不同电极对电流的影响在必修一中学生已知构成原电池的条件之一是要有不同的电极，通常活泼的作负极，不活泼的作正极。那么当用稀硫酸为电解质溶液，用铜片与锌片做电极时和用铜片与镁条为电极时电流强度有何不同呢？利用手持技术可以很快得到答案（图2），并作出初步假设：其他条件相同时，当电极的活泼性相差比较大时电流较强。课后再组织研究性学习小组对此作进一步的探究。图2通过课堂演示几种代表性的原电池可以防止学生对电极材料产生片面认识，同时又可以练习电极方程式的书写。笔者演示了如下几种：铝铜浓硝酸原电池，由于铝与浓硝酸发生钝化，所以铜作负极被氧化；氯化铁，|，碘化钾原电池；做镁-铝-氢氧化钠原电池时，手持技术的优越性更是表现明显，通过电流强度直观的图形呈现结果可知开始十来秒是镁作负极，之后是铝作负极，经同学们讨论可得如下结论：开始因铝表面有氧化膜先与碱反应，所以是镁条发生吸氧腐蚀，之后镁不与碱反应而铝与碱反应，所以金属活泼性弱的铝反而当负极。3、探究不同溶液对电流的影响使用相同的电极材料，更换不同种类的相同浓度的电解质溶液，或同种溶质不同浓度的溶液，探究其对电流强度的影响。在教师用书中就有补充实验：观察比较铜锌硫酸原电池与铜锌硫酸铜原电池产生电流大小，这表明定量研究是在定性研究基础上进行的更高一个层次，有利于学生思维能力的培养。通过实验表明：相同PH值的稀盐酸与稀硫酸作电解质溶液时前者电流强度大，相同浓度的硫酸与硫酸铜作电解质溶液时后者电流强度大。4、探究电极面积对电流的影响组装好铜锌硫酸电原电池，调节锌片的位置，使锌片下端恰好与硫酸溶液接触，然后开始测量，数据为1次/秒，采集500个数据，通过图像能清晰地看出电极表面变小时电流强度变小，在154秒时锌片与溶液脱离，电流为零。（图3图4）图3图4影响电流强度的其他因素探究可作为研究性学习小组课后内容。实验能力不只是简单的操作技能，它是思维与实践能力的综合。无论是实验之前，实验过程中，还是取得实验数据之后，都需要通过思维来对需要研究的问题进行归纳和整理，分析解释所观察到的现象或测量到的数据。由于技术上的改进和手段上的更新，仪器会自动显示给学生清晰的实验结果而不需进行复杂的数据处理工作，符合中学生学习的认知规律，这样原本难于理解的科学概念和原理，借助于手持技术的实验变得容易认知。通过使用手持技术进行原电池的教学，有利于培养学生定量研究意识以及变量控制观点与实践，提高学生进行科学探究和解决问题的能力。科学实验与技术的进步密切相关的，技术的进步使我们能够看得更远、更细，测得更准、更快，极大地拓宽了科学实验的范畴，提高了科学实验的可信度。相信手持技术在中学化学教