張畫(huà)花 楊懷明

摘要：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是指在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，它是信息技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程整合的重要載體。本文從理論上分析將數(shù)字實(shí)驗(yàn)引入中學(xué)化學(xué)教學(xué)的可行性并輔以實(shí)際教學(xué)應(yīng)用案例，利用手持技術(shù)通過(guò)測(cè)定溶液pH 的變化，探究鹽溶液濃度、溶液酸堿度的改變和溫度的高低等對(duì)鹽類水解程度大小的影響，以期對(duì)提高化學(xué)課堂教學(xué)的有效性起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字實(shí)驗(yàn)? 手持技術(shù)? 中學(xué)化學(xué)? 教學(xué)應(yīng)用

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)介紹

通俗地講，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就是利用傳感器來(lái)完成的實(shí)驗(yàn)。我們使用各種傳感器，如壓強(qiáng)傳感器、電導(dǎo)率傳感器、渾濁度傳感器等，將實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)采集器，并傳入電腦，并由電腦軟件實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)并即時(shí)高效地呈現(xiàn)出分析結(jié)果。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)和中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深層次融合。從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)自身的優(yōu)勢(shì)和化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)角度來(lái)說(shuō)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用特點(diǎn)如下：

1.有利于從定量角度開(kāi)展實(shí)驗(yàn)

化學(xué)教學(xué)中有些實(shí)驗(yàn)，如沉淀的轉(zhuǎn)化、弱電解質(zhì)電離程度等，無(wú)論學(xué)生實(shí)驗(yàn)還是教師演示實(shí)驗(yàn)，都很難看到直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，一些由實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)得到的結(jié)論也顯得較為蒼白。而利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，這些問(wèn)題將迎刃而解?？衫脺啙岫葌鞲衅?、pH傳感器等記錄信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器收集后，在電腦上直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，自然而然地得出結(jié)論。原本只能定性開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)，學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接受者變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)探究者，改變了原有的學(xué)習(xí)方式。

2.有利于直觀地觀察瞬間變化

一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很迅速，重要的片段難以捕捉。如酸堿中和滴定中，pH變化的連續(xù)性，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)利用pH計(jì)測(cè)量滴定過(guò)程中的pH，取點(diǎn)連線畫(huà)成圖像。由于教學(xué)時(shí)間的限制，該實(shí)驗(yàn)在課堂中很難完成。而數(shù)字實(shí)驗(yàn)可以利用自身強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，即時(shí)且高效地將數(shù)據(jù)反映成圖像來(lái)描述滴加過(guò)程中pH變化的規(guī)律，滴定過(guò)程中酸堿性在不斷變化，而每一次細(xì)微的變化都被記錄下來(lái)，pH變化曲線不再是由點(diǎn)連成的線，更能準(zhǔn)確地表達(dá)滴定時(shí)pH的變化。

3.有利于學(xué)生理解抽象的原理知識(shí)

高中階段有些原理較為抽象，學(xué)生理解起來(lái)較為困難。例如2NO2N2O4這樣一個(gè)平衡體系，壓強(qiáng)影響平衡的移動(dòng)，增大或減小壓強(qiáng)平衡體系如何變化，不少學(xué)生覺(jué)得很棘手。而利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)壓強(qiáng)傳感器測(cè)出壓強(qiáng)的變化，再由電腦軟件直觀地顯示，整個(gè)過(guò)程不需要過(guò)多的言語(yǔ)解釋，學(xué)生便可以清晰地看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而將原本較難理解的原理快速地理解吸收，學(xué)生突破了學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，教師突破了教學(xué)的重點(diǎn)。

4.有利于學(xué)生開(kāi)展課內(nèi)外探究

相對(duì)于一些比較復(fù)雜的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作起來(lái)更加簡(jiǎn)便、安全性也有保障。這為學(xué)生開(kāi)展課外實(shí)驗(yàn)提供了有力的保障，教師可以放手讓學(xué)生去探究。對(duì)一些在課堂內(nèi)無(wú)法開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生提出相關(guān)假設(shè)，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生在興趣的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手來(lái)驗(yàn)證自己的假設(shè)和猜想。但教師需要為學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)和設(shè)備上的支持，如此讓數(shù)字實(shí)驗(yàn)從課內(nèi)走向課外，發(fā)揮更大的作用。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

實(shí)驗(yàn)名稱：探究影響鹽類水解的主要因素。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊惺軘?shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)利用手持技術(shù)探究影響鹽類水解的主要因素。

實(shí)驗(yàn)儀器：數(shù)據(jù)采集器、pH 傳感器（包括pH電極）、溫度傳感器、磁力攪拌器、堿式滴定管、滴定管架、燒杯（150 mL）。

實(shí)驗(yàn)藥品：CH3COONa溶液（0.001 mol/L、0.005 mol/L、0.025 mol/L、0.125 mol/L、0.625 mol/L、2.50 mol/L、 5.00 mol/L）、NaOH（0.0001 mol/L）、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)步驟：

1.探究溶液濃度對(duì)水解效果的影響

（1）取約 80 mL 0.001 mol/L 醋酸鈉溶液倒入燒杯中，連接好pH傳感器及數(shù)據(jù)采集器， 如實(shí)驗(yàn)裝置圖所示，開(kāi)啟磁力攪拌器和數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液pH，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

CH3COONa溶液濃度對(duì)其pH的影響 （2）重復(fù)操作上述步驟，分別測(cè)量濃度為0.005 mol/L、0.025 mol/L、0.125 mol/L、0.625 mol/L 醋酸鈉溶液的 pH。

2.探究溶液酸堿性對(duì)水解效果的影響

將0.5 mol/L的CH3COONa溶液1000 mL 倒入燒杯中，連接裝置，堿式滴定管中裝入0.0001 mol/L NaOH 溶液，開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器和數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液pH，記錄數(shù)據(jù)。

溶液酸堿度對(duì)CH3COONa溶液pH的影響3.探究溫度對(duì)水解效果的影響

1000 mL 0.250 mol/L的醋酸鈉溶液倒入燒杯中，連接裝置。將pH傳感器和感溫探頭插入溶液中，開(kāi)動(dòng)電磁攪拌器和數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液 pH，記錄數(shù)據(jù)。

溫度對(duì)CH3COONa溶液pH的影響

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用展望

從目前的研究來(lái)看，手持技術(shù)的應(yīng)用范圍不夠廣，更多的研究資源有待開(kāi)發(fā)。特別是在經(jīng)濟(jì)較落后的地區(qū)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)還不完善，或者在使用上缺乏相應(yīng)的培訓(xùn)和技術(shù)支持。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新局面，在一線教學(xué)中如能找到更多的融合點(diǎn)，將會(huì)發(fā)揮更為強(qiáng)大的作用。

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