江蘇省連云港外國(guó)語(yǔ)學(xué)校(222006) 辛洪軍 ●

應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的研究

江蘇省連云港外國(guó)語(yǔ)學(xué)校(222006) 辛洪軍 ●

論述了應(yīng)用教學(xué)化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的方法．

數(shù)字化;實(shí)驗(yàn)室;高中化學(xué)

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)加載智能化的傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實(shí)驗(yàn)分析軟件包構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)．具有精確性、準(zhǔn)確性、適時(shí)性和探究性的特點(diǎn)．它為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了全新的技術(shù)手段和平臺(tái)．下面就應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的研究作以下闡述．

一、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使抽象原理實(shí)驗(yàn)化

一些化學(xué)原理由于受到傳統(tǒng)儀器功能的限制，得不到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證．利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可以將化學(xué)平衡移動(dòng)原理、弱電解質(zhì)的電離平衡移動(dòng)等理論性知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，有效突破了教學(xué)難點(diǎn)，提高了教學(xué)效益．

例如，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響時(shí)，只能通過(guò)目測(cè)的方式進(jìn)行研究，不僅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，而且實(shí)驗(yàn)沒(méi)有真實(shí)感，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有認(rèn)同感．

將帶有壓強(qiáng)傳感器的注射器吸入NO2，用力向上拉注射器活塞，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，可以得到壓強(qiáng)的變化曲線圖(圖1)．拉動(dòng)活塞時(shí)，壓強(qiáng)降低，由A點(diǎn)降到B點(diǎn)后略向上提升后又保持平穩(wěn)，說(shuō)明平衡是向壓強(qiáng)增大的方向移動(dòng)的;推動(dòng)活塞，壓強(qiáng)增大，由C點(diǎn)升到D點(diǎn)后略向下降低后保持穩(wěn)定，說(shuō)明平衡是向著壓強(qiáng)減小的方向移動(dòng)的．

借助數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)的大數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使學(xué)生可以直觀的看到壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，更重要的是能輕松的理解勒夏特列原理中“減弱”的真正涵義．彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法從現(xiàn)象到原理的遺憾，實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)實(shí)驗(yàn)化．

二、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使定量實(shí)驗(yàn)集成化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是集物理測(cè)量、制動(dòng)控制、數(shù)據(jù)記錄、智能化數(shù)據(jù)分析和測(cè)量結(jié)果多模顯示等功能于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)儀器作為實(shí)驗(yàn)信息的產(chǎn)生者、傳播者、接受者和處理者的作用．

例如，典型的定量實(shí)驗(yàn)酸堿中和滴定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量、記錄多個(gè)pH，還需要手工繪制突變曲線，完成此實(shí)驗(yàn)難度大、實(shí)驗(yàn)過(guò)程誤差大、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效益差．

按照?qǐng)D2所示組裝實(shí)驗(yàn)裝置，燒杯里加入 20mL 0．1000mol/L氫氧化鈉溶液，上方的注射滴管中加入0．1000mol/L鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)、動(dòng)態(tài)、直觀的轉(zhuǎn)化為突變曲線(圖3)．

利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大集成化功能的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使學(xué)生從繁瑣、低效的實(shí)驗(yàn)操作中解脫出來(lái)，還能輕松的感受突變曲線的存在與動(dòng)態(tài)生成，實(shí)現(xiàn)了定量實(shí)驗(yàn)的集成化，提升了實(shí)驗(yàn)效能．

三、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使定性實(shí)驗(yàn)定量化

一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該用數(shù)據(jù)描述的變化過(guò)程，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能用定性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的模糊驗(yàn)證或只能在理論上進(jìn)行闡述．現(xiàn)在利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可以將鹽類水解程度強(qiáng)弱、化學(xué)反應(yīng)的快慢、熱效應(yīng)等定性實(shí)驗(yàn)直接轉(zhuǎn)化為直觀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，把原來(lái)的只能用現(xiàn)象模擬解釋的實(shí)驗(yàn)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

例如，在研究MnO2條件下對(duì)不同濃度的H2O2分解的影響實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以利用壓強(qiáng)傳感器將生成氣體的快慢通過(guò)壓強(qiáng)變化展示出來(lái)．

在試管中加入2mL 2%的雙氧水，5滴1mol/L FeCl3溶液，將連接好壓強(qiáng)傳感器的膠塞堵住試管口，觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣壓的變化情況．在另一試管中加入2mL 5%的雙氧水，5滴1mol/L FeCl3溶液，重復(fù)上面的操作，得到不同濃度下雙氧水分解過(guò)程中“壓強(qiáng)－時(shí)間”圖線(圖4)．

利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使原本不能完成的實(shí)驗(yàn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，該技術(shù)即時(shí)、準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)呈現(xiàn)為定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了可能．使學(xué)生從量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)，化學(xué)的科學(xué)性得到了進(jìn)一步的彰顯．新穎的角度和新奇的實(shí)驗(yàn)也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)一步提升．解決了經(jīng)典傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法定量描述的困惑．

四、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使科學(xué)探究實(shí)踐化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室集攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理功能先進(jìn)等特點(diǎn)，為師生進(jìn)行科學(xué)探究提供了一個(gè)很好的技術(shù)平臺(tái)．

如利用二氧化碳傳感器、溶解氧傳感器、pH傳感器、濁度傳感器等進(jìn)行空氣質(zhì)量、水質(zhì)檢測(cè)等探究實(shí)驗(yàn)．這些科學(xué)探究有助于學(xué)生對(duì)環(huán)境污染、環(huán)境保護(hù)有更深刻的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了科學(xué)的實(shí)踐性、應(yīng)用性．

總之，數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了提供了全新的技術(shù)手段和平臺(tái)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次革命性的發(fā)展，它使傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)入一個(gè)全新的現(xiàn)代信息化時(shí)代．它傳遞了以人為本的教育理念理、讓學(xué)生感受了科技魅力、實(shí)踐了器為我用的教學(xué)宗旨．

當(dāng)然，一切方法和手段都是為教學(xué)服務(wù)．?dāng)?shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和完善，需要廣大教師在實(shí)踐中共同探索，開(kāi)發(fā)更多、更好的案例，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更廣闊的實(shí)踐思路，更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)．

［1］學(xué)梅新課標(biāo)理念下中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的探索［J］;中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備;2006年06期

［2］張慶多元智能理論與化學(xué)

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