摘 要：在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，教育與科技的融合日益緊密。DIS（Data Inquiry System，數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)）是一種先進(jìn)的技術(shù)工具，能夠?qū)瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供支持。從實(shí)驗(yàn)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、結(jié)果分析及教學(xué)延伸四個(gè)方面探討了DIS在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中的應(yīng)用策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)；DIS；科學(xué)素養(yǎng)

作者簡(jiǎn)介：祁金豐（1985—），女，甘肅省卓尼縣柳林中學(xué)。

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心是讓學(xué)生深入領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理，準(zhǔn)確剖析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培育科學(xué)探究精神，難點(diǎn)是復(fù)雜實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解讀、多參數(shù)的測(cè)量與分析以及學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)［1］。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在數(shù)據(jù)采集不夠精確、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以完整呈現(xiàn)、學(xué)生參與度不高等問(wèn)題，這在一定程度上限制了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展?！敖饘俚幕瘜W(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)主要探究不同金屬與氧氣、酸以及鹽溶液的反應(yīng)情況，目的是讓學(xué)生了解金屬的共性和不同金屬的活潑性的差異，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力和分析歸納能力。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，該實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的代表性，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到生活現(xiàn)象與化學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)元素化合物的知識(shí)奠定基礎(chǔ)。DIS具有高精度數(shù)據(jù)采集、多參數(shù)同步測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析等功能。這些功能可以為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有力支持［2］。本文將以此實(shí)驗(yàn)為例，探討DIS在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中的應(yīng)用方法，希望能為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)與創(chuàng)新提供新的思路。

一、基于DIS開展實(shí)驗(yàn)?zāi)M與規(guī)劃，預(yù)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)方案的適用性與普適性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)不僅僅是傳授知識(shí)和技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。DIS借助傳感器、數(shù)據(jù)采集器和分析軟件，能夠準(zhǔn)確采集各種數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)雜的模擬分析。正式開展實(shí)驗(yàn)前，教師可帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，借助DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。這樣不僅能讓學(xué)生從理論層面提前了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，深入理解實(shí)驗(yàn)原理，還能幫助學(xué)生評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案的可行性和穩(wěn)定性，為學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)提供參考。同時(shí)，這樣還能引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)方案的適用性和普適性，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜅l件調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案的能力。

例如，在“金屬的化學(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的各種金屬樣品（鎂條、鋁片、鐵片、銅片等）、氧氣發(fā)生裝置、酸溶液（稀鹽酸、稀硫酸等）、鹽溶液以及DIS的硬件和軟件，并確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全，儀器設(shè)備正常運(yùn)行。同時(shí)，教師需要向?qū)W生介紹本次實(shí)驗(yàn)的主題和目標(biāo)，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)的重要性以及DIS在實(shí)驗(yàn)中的作用，并鼓勵(lì)學(xué)生思考本實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的反應(yīng)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望。在實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)節(jié)，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用DIS分別對(duì)不同金屬與氧氣反應(yīng)、不同金屬與酸反應(yīng)、不同金屬與鹽溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，讓其預(yù)測(cè)不同金屬與氧氣反應(yīng)的劇烈程度、不同金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度、不同金屬與鹽溶液反應(yīng)的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)中需要采取的安全措施等。在這個(gè)過(guò)程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言，分享其對(duì)不同反應(yīng)情況的預(yù)測(cè)，以此培養(yǎng)學(xué)生的分析和推理能力，提高學(xué)生的課堂參與度和問(wèn)題解決能力。需要注意的是，在運(yùn)用DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生合作探究不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)反應(yīng)的影響，以此培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)。之后，教師可根據(jù)模擬結(jié)果，組織學(xué)生對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。對(duì)于金屬與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如果模擬結(jié)果顯示某種金屬與氧氣反應(yīng)過(guò)于劇烈，可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，那么教師要引導(dǎo)學(xué)生思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于金屬與酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如果模擬結(jié)果顯示壓強(qiáng)變化過(guò)大，那么教師要引導(dǎo)學(xué)生思考是否需要選擇容量更大的反應(yīng)容器或降低酸的濃度。教師通過(guò)這樣的教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)和決策能力，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

二、借助DIS進(jìn)行多參數(shù)同步測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)控，簡(jiǎn)化復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)往往涉及多個(gè)因素的相互作用，現(xiàn)象復(fù)雜多變。DIS具有精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地捕捉微小的物理和化學(xué)變化，實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［3］，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理和分析。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中借助DIS進(jìn)行多參數(shù)同步測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)控的底層邏輯便是充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面、及時(shí)地捕捉實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種變化，簡(jiǎn)化復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生可以更系統(tǒng)、直觀地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生借助DIS對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，能充分了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原理，更好地理解化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和內(nèi)在機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段可分為兩個(gè)環(huán)節(jié)。第一個(gè)環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)儀器連接與調(diào)試，目的是確保DIS的傳感器能夠正常工作，準(zhǔn)確采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。首先，教師可向?qū)W生詳細(xì)介紹與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的各類傳感器，如溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、電導(dǎo)率傳感器等，講解相關(guān)傳感器的工作原理和連接方法，并指導(dǎo)學(xué)生將傳感器與實(shí)驗(yàn)裝置連接起來(lái)。其次，教師要指導(dǎo)學(xué)生調(diào)試DIS的各個(gè)部件，設(shè)置測(cè)量參數(shù)的范圍和精度，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，教師要向?qū)W生演示如何讀取和記錄傳感器的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生熟悉DIS的操作流程。

第二個(gè)環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控，目的是利用DIS的動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)變化，讓學(xué)生更直觀地了解金屬與氧氣、酸及鹽溶液反應(yīng)的過(guò)程，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)操作。在開展金屬與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生要一邊加熱金屬樣品，一邊關(guān)注DIS顯示的溫度。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，學(xué)生要注意觀察金屬的外觀變化，如顏色等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考溫度變化與金屬反應(yīng)的關(guān)系。借助DIS的動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能，學(xué)生能直觀地了解金屬與氧氣反應(yīng)過(guò)程中的溫度變化，進(jìn)而更好地理解反應(yīng)的原理。在開展金屬與酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生要注意觀察DIS顯示的壓強(qiáng)。當(dāng)壓強(qiáng)發(fā)生明顯變化時(shí)，學(xué)生要及時(shí)記錄反應(yīng)時(shí)間和壓強(qiáng)值。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要提醒學(xué)生注意觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的情況以及反應(yīng)容器內(nèi)溶液的變化情況。在開展金屬與鹽溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生要注意觀察DIS顯示的電導(dǎo)率。當(dāng)電導(dǎo)率發(fā)生變化時(shí)，學(xué)生要注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如溶液的顏色是否有變化、是否有沉淀生成等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析電導(dǎo)率變化與金屬和鹽溶液反應(yīng)的關(guān)系，以及不同金屬與鹽溶液反應(yīng)的特點(diǎn)。在完成實(shí)驗(yàn)后，教師可帶領(lǐng)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同參數(shù)的變化情況，讓學(xué)生以小組為單位，結(jié)合DIS采集的數(shù)據(jù)，討論并分析這些變化與金屬化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。

三、運(yùn)用DIS進(jìn)行自動(dòng)化與可視化數(shù)據(jù)處理，多維分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只有對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)處理和準(zhǔn)確分析，才能充分掌握化學(xué)知識(shí)，提升科學(xué)素養(yǎng)。在進(jìn)行高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生通常會(huì)獲得大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的人工處理方式，不僅耗時(shí)費(fèi)力，還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。對(duì)此，教師可以指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用DIS來(lái)處理和分析數(shù)據(jù)。例如，在“金屬的化學(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的溫度、壓強(qiáng)、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)軟件中，運(yùn)用DIS快速、準(zhǔn)確地對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和分析。這樣能為學(xué)生節(jié)省大量的時(shí)間和精力，使學(xué)生有更多的時(shí)間和精力思考和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

學(xué)生可運(yùn)用DIS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。比如，對(duì)于金屬與氧氣反應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，學(xué)生可運(yùn)用DIS軟件繪制相應(yīng)的折線圖；對(duì)于金屬與酸反應(yīng)的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，學(xué)生可運(yùn)用DIS軟件制作相應(yīng)的柱狀圖；對(duì)于金屬與鹽溶液反應(yīng)的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，學(xué)生可運(yùn)用DIS軟件繪制相應(yīng)的散點(diǎn)圖。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，學(xué)生可以更直觀地了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布、趨勢(shì)，從而更容易發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。

基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師可引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)維度分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在時(shí)間維度上，教師可引導(dǎo)學(xué)生深入分析不同金屬在不同反應(yīng)階段的溫度、壓強(qiáng)和電導(dǎo)率變化情況，以此讓學(xué)生更深入地理解反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在金屬種類維度上，教師可引導(dǎo)學(xué)生比較不同金屬在相同反應(yīng)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在反應(yīng)條件維度上，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析相同金屬在不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此讓學(xué)生深入理解不同反應(yīng)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析能力。

四、利用DIS設(shè)置拓展性探究任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

從學(xué)生發(fā)展的角度來(lái)看，高中學(xué)生已經(jīng)具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能，他們渴望在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力。從教學(xué)的角度來(lái)看，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。為此，教師可以根?jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的表現(xiàn)，利用DIS設(shè)計(jì)一些具有挑戰(zhàn)性的拓展性探究任務(wù)。

例如，在完成“金屬的化學(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，教師可以借助DIS設(shè)計(jì)如下拓展性探究任務(wù)。任務(wù)一：探究不同形狀的同種金屬與酸反應(yīng)的差異。教師可讓學(xué)生借助DIS探究不同形狀（如片狀、絲狀、塊狀等）的某種金屬與相同濃度的酸反應(yīng)時(shí)的壓強(qiáng)變化和溫度變化情況，分析金屬形狀對(duì)反應(yīng)速率的影響。任務(wù)二：研究不同金屬在混合酸溶液中的反應(yīng)。教師可提前準(zhǔn)備含有多種酸的混合溶液，讓學(xué)生借助DIS探究不同金屬在混合酸中的反應(yīng)，觀察相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探討不同金屬在復(fù)雜酸環(huán)境中的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)的表現(xiàn)。任務(wù)三：探究金屬在空氣中自然氧化與在特定氣體環(huán)境下氧化的區(qū)別。教師可讓學(xué)生利用DIS分別探究金屬在空氣和特定氣體（如氧氣含量不同的混合氣體、含有特定雜質(zhì)的氣體等）環(huán)境下氧化的過(guò)程，監(jiān)測(cè)溫度變化和氣體成分變化情況，分析不同環(huán)境對(duì)金屬氧化反應(yīng)的影響。

任務(wù)一能讓學(xué)生探究不同形狀的同種金屬與酸反應(yīng)的差異，分析形狀因素對(duì)相應(yīng)反應(yīng)速率的影響，加深學(xué)生對(duì)金屬與酸反應(yīng)條件的認(rèn)識(shí)。任務(wù)二能引導(dǎo)學(xué)生借助DIS的多種傳感器，觀察復(fù)雜酸環(huán)境下不同金屬的反應(yīng)現(xiàn)象，讓學(xué)生進(jìn)一步了解不同金屬在不同環(huán)境下的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)的表現(xiàn)。任務(wù)三能讓學(xué)生對(duì)比分析金屬在不同氣體環(huán)境下發(fā)生氧化反應(yīng)的區(qū)別，加深學(xué)生對(duì)金屬氧化原理的理解，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

在完成拓展性探究任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)生需要充分運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＿@樣的教學(xué)可以為學(xué)生提供更廣闊的探索空間，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中更加深入地理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和意義，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中應(yīng)用DIS不僅是順應(yīng)教育信息化趨勢(shì)的必然要求，還是提升化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的有效手段。在實(shí)際教學(xué)中，高中化學(xué)教師應(yīng)明確DIS的多種優(yōu)勢(shì)，找到其與不同實(shí)驗(yàn)階段的融合點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)規(guī)劃階段，教師可讓學(xué)生利用DIS的模擬功能，提前對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案的適用性與普適性。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，教師可讓學(xué)生運(yùn)用DIS的多參數(shù)同步測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析階段，教師可讓學(xué)生運(yùn)用DIS的自動(dòng)化與可視化數(shù)據(jù)處理功能，從多個(gè)方面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和歸納總結(jié)能力。同時(shí)，教師還可巧妙地利用DIS設(shè)置拓展性探究任務(wù)，以此有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。這樣一來(lái)，教師便可構(gòu)建完整、高效、科學(xué)、富有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)探究課堂，讓學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中真正獲得學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

［參考文獻(xiàn)］

趙生平，龐玉瑩，趙成龍.DIS技術(shù)在乙烯實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2021（19）：34-36.

姜驍威.挖掘DIS實(shí)驗(yàn)圖像信息 培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力：以“探究中和反應(yīng)”為例［J］.科學(xué)咨詢（教育科研），2020（8）：222.

李斐.高中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析［J］.高考，2020（30）：110.