譚鑫

【摘 要】本文從數(shù)字化實驗的引入、切入點等方面分析了數(shù)字化實驗在高中化學(xué)定量實驗教學(xué)中的應(yīng)用。希望能為高中化學(xué)定量實驗教學(xué)工作的開展提供參考。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) 定量實驗教學(xué) 數(shù)字化實驗 應(yīng)用

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.04.007

在高中化學(xué)教學(xué)中，實驗教學(xué)作為極為重要的教學(xué)部分，也是學(xué)生充分理解化學(xué)知識和現(xiàn)象的重要途徑。數(shù)字化實驗平臺作為一種數(shù)字化實驗信息系統(tǒng)，其的構(gòu)成部分主要包括傳感器、計算機、配套軟件及數(shù)據(jù)采集器等。在高中化學(xué)定量實驗教學(xué)中引入和應(yīng)用數(shù)字化實驗，可以使化學(xué)定量實驗數(shù)據(jù)能夠得到即時處理、編輯和儲存，也是對化學(xué)定量實驗教學(xué)理念與模式進行創(chuàng)新的重要推動力，有利于提升高中化學(xué)定量實驗教學(xué)的水平。

一、在高中化學(xué)定量實驗教學(xué)中引入數(shù)字化實驗

在信息化時代下，數(shù)據(jù)資源的重要性不言而喻，而這也使得數(shù)據(jù)資源的處理和存儲方式逐漸受到了重視。在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，為了提升對化學(xué)實驗數(shù)據(jù)的處理效率，數(shù)字化實驗的引入不容忽視。通過引入數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對高中化學(xué)實驗教學(xué)理念和模式的創(chuàng)新，也為化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量和效率的提升奠定了基礎(chǔ)。在高中化學(xué)教學(xué)中，大部分化學(xué)實驗對實驗環(huán)境都有極為嚴格的要求，如SO2的性質(zhì)等，為了保證這類化學(xué)實驗?zāi)軌蛟诎踩?、可靠的前提下進行教學(xué)，一般都會在通風櫥中進行實驗。對于可燃氣體和有毒氣體的實驗也要在安全的環(huán)境中進行，否則很容易引發(fā)可燃氣體爆炸和有毒氣體泄漏等問題，會對實驗人員的人身安全造成威脅。從發(fā)展進程角度分析，化學(xué)實驗可以被分為三個時代，即傳統(tǒng)實驗時代、微型化實驗時代和數(shù)字化實驗時代。

其中，傳統(tǒng)實驗時代是化學(xué)實驗發(fā)展的第一個時代，實驗過程主要通過常規(guī)玻璃實驗器皿來完成。微型化實驗時代是化學(xué)實驗發(fā)展的第二個時代，在這一時代挖掘出了近乎所有的化學(xué)實驗現(xiàn)象。數(shù)字化實驗是化學(xué)實驗發(fā)展的第三個時代，在這個時代化學(xué)實驗的反應(yīng)過程和化學(xué)現(xiàn)象會逐漸被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)實驗的實時監(jiān)測，可以幫助學(xué)生更好地觀察和理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。由此可見，在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的引入，是對化學(xué)實驗教學(xué)理念與模式的創(chuàng)新，有利于提高化學(xué)教師的實驗資源整合能力，而這也為化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量和效率的提升奠定了基礎(chǔ)。

二、在高中化學(xué)定量實驗教學(xué)中引入數(shù)字化實驗的切入點

在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，為了更好地提升化學(xué)實驗教學(xué)的水平，對于數(shù)字化實驗的引入，可以從下述三個方面進行考慮：定性到定量的轉(zhuǎn)變、表象到本質(zhì)的轉(zhuǎn)變、質(zhì)疑到探究的轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)化學(xué)實驗是對化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象的體現(xiàn)，在傳統(tǒng)化學(xué)實驗過程中很難對其實施定量化處理。但將數(shù)字化實驗引入高中化學(xué)實驗教學(xué)，基于對數(shù)字傳感技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)實驗數(shù)據(jù)的完整采集，并利用計算機和配套軟件對化學(xué)實驗數(shù)據(jù)進行處理、存儲，最后以表格或圖像等形式對化學(xué)實驗數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)。例如，對于濃硫酸的吸水性實驗，從對比試驗角度考慮，對濕度傳感器進行合理使用，可以實現(xiàn)在實驗過程中對密閉容器內(nèi)空氣相對濕度的變化情況進行實時監(jiān)測，而這個過程也是對化學(xué)實驗的定量化控制，體現(xiàn)了數(shù)字化實驗在定性到定量的轉(zhuǎn)變中所發(fā)揮的重要作用。

從表象到本質(zhì)的轉(zhuǎn)變角度分析，在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的引入不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)實驗教學(xué)過程的優(yōu)化，也能夠依靠數(shù)字化實驗對化學(xué)實驗過程和現(xiàn)象的更為直接的展示，而幫助學(xué)生更好地理解和掌握化學(xué)實驗的現(xiàn)象及原理，有利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的效率。例如，弱電解質(zhì)的稀釋實驗，愛弱電解質(zhì)稀釋過程中，電解質(zhì)的導(dǎo)電性會發(fā)生變化，但在傳統(tǒng)化學(xué)實驗過程中，很難對導(dǎo)電性變化情況進行直觀展示。然而，在數(shù)字化實驗過程中，通過對數(shù)字化技術(shù)和電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對弱電解質(zhì)稀釋過程中導(dǎo)電性變化情況的實時監(jiān)控，并且通過實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生也能更加直觀的看到導(dǎo)電性變化情況。在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的引入能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)實驗本質(zhì)的直觀展示，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也能夠幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實驗現(xiàn)象與相應(yīng)化學(xué)概念之間的聯(lián)系。

在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的引入，可以使學(xué)生由質(zhì)疑轉(zhuǎn)變到探究，有利于幫助學(xué)生理解化學(xué)實驗反應(yīng)和現(xiàn)象。在傳統(tǒng)化學(xué)實驗過程中，實驗結(jié)果與實驗預(yù)期之間出現(xiàn)不匹配是極為常見的現(xiàn)象，但這會導(dǎo)致學(xué)生對化學(xué)教師和化學(xué)實驗產(chǎn)生質(zhì)疑。在這種情況下，對化學(xué)實驗技術(shù)進行創(chuàng)新和優(yōu)化就顯得十分重要。通過在化學(xué)實驗教學(xué)中引入數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對化學(xué)實驗數(shù)據(jù)的全面搜集，也能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)實驗過程的實時監(jiān)控，是更加直觀的展現(xiàn)化學(xué)實驗現(xiàn)象和本質(zhì)的一種方式。通過應(yīng)用數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對學(xué)生分析和解決問題的能力進行培養(yǎng)，有利于提升化學(xué)實驗教學(xué)的質(zhì)量和效率。

三、高中化學(xué)定量實驗教學(xué)中數(shù)字化實驗的應(yīng)用

化學(xué)實驗最重要的部分就是反應(yīng)過程，只有通過觀察化學(xué)實驗的反應(yīng)過程，學(xué)生才能更好的理解化學(xué)實驗現(xiàn)象的發(fā)生原理，進而理解相應(yīng)的化學(xué)理論知識。在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的應(yīng)用能夠更加直觀的展示化學(xué)實驗的反應(yīng)過程，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實驗的反應(yīng)過程、現(xiàn)象和本質(zhì)，有利于學(xué)生理解和掌握相應(yīng)的化學(xué)知識。

例如，“金屬的電化學(xué)腐蝕”實驗，生活中經(jīng)常見到的暖寶寶就是對“金屬的電化學(xué)腐蝕”實驗的最直接體現(xiàn)。在開展“金屬的電化學(xué)腐蝕”實驗教學(xué)的時候，化學(xué)教師可由暖寶寶的發(fā)熱原理引出這個化學(xué)實驗，并針對這個實驗和暖寶寶的發(fā)熱原理提出一些問題，如“暖寶寶模擬裝置是否能構(gòu)成原電池？”然后在實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生進行討論，可以使學(xué)生通過討論得出原電池的電極反應(yīng)式，即負極的電極反應(yīng)式是Fe—2e-=Fe2+，但對于正極反應(yīng)式會得出兩個結(jié)果，分別是O2+2H2O+4e-=4OH-和2H++2e-=H2。在以數(shù)字化實驗方式開展“金屬的電化學(xué)腐蝕”實驗的時候，通過觀察數(shù)字化實驗所搜集的實驗數(shù)據(jù)，可以更加直觀的看出金屬電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)，并得出正極反應(yīng)式O2+2H2O+4e-=4OH-，這個反應(yīng)式體現(xiàn)出隨著壓強的減小，金屬電化學(xué)腐蝕的正極會發(fā)生吸氧反應(yīng)。而2H++2e-=H2這個反應(yīng)式體現(xiàn)的是正極發(fā)生的析氫反應(yīng)。通過數(shù)字化實驗的應(yīng)用，可以更加直觀的了解金屬在不同環(huán)境下發(fā)生的腐蝕反應(yīng)，可以幫助學(xué)生更好地理解這個化學(xué)實驗的反應(yīng)和現(xiàn)象。

四、結(jié)束語

綜上所述，在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，通過從定性到定量、表象到本質(zhì)、質(zhì)疑到探究等轉(zhuǎn)變角度對數(shù)字化實驗進行引入，并將數(shù)字化實驗應(yīng)用到化學(xué)實驗教學(xué)中，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實驗的反應(yīng)和現(xiàn)象，進而幫助學(xué)生掌握化學(xué)實驗的本質(zhì)，對學(xué)生理解和掌握相應(yīng)的化學(xué)理論知識極為有利。