DIS數(shù)字化信息實驗系統(tǒng)在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的輔助作用

1、 dis數(shù)字化信息實驗系統(tǒng)在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的輔助作用 摘要：本文介紹了dis實驗系統(tǒng)的來歷和本系統(tǒng)在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的優(yōu)勢和本系統(tǒng)在實際學(xué)校使用中的劣勢，確立dis信息化實驗系統(tǒng)在高中化學(xué)實驗教學(xué)中只能作為輔助，而不能完全取代傳統(tǒng)化學(xué)實驗。關(guān)鍵詞：化學(xué) dis信息化系統(tǒng) 實驗 定量2013年7月，整個晉江市統(tǒng)一為各個學(xué)校配備了dis信息化系統(tǒng)，同時開始對教師進(jìn)行培訓(xùn)。2016年夏天，我們學(xué)校完成了化學(xué)探究實驗室的建設(shè)，所以我在2017年春，在高二年段開設(shè)了化學(xué)探究實驗選修課，開始探索數(shù)字化信息實驗系統(tǒng)在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。經(jīng)過這一學(xué)期的使用和學(xué)生的探索研究，發(fā)現(xiàn)這套數(shù)字化實驗系統(tǒng)確實能

2、夠在高中化學(xué)實驗教學(xué)中有很大的優(yōu)勢，在高中的化學(xué)實驗教學(xué)中，能夠起到一個很好的輔助作用。一、dis系統(tǒng)的由來“上海高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（草案）”在2004年發(fā)布，并要求現(xiàn)任初中化學(xué)要“實施化學(xué)實驗，圖形計算器或掌聲電腦和傳感器技術(shù)，并應(yīng)用于課堂教學(xué)，尤其是在“研究性學(xué)習(xí)”中的化學(xué)實驗，要應(yīng)用數(shù)字傳感技術(shù)，革新實驗內(nèi)容，拓展實驗方法，節(jié)省實驗時間”。上海市中小學(xué)數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心立足課改教材的具體要求，研究開發(fā)出了朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室。朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)主要由電腦、數(shù)據(jù)采集器和各種傳感器組成。化學(xué)實驗室配備的傳感器主要有：ph值傳感器，電導(dǎo)傳感器，溫度傳感器，二氧化硫傳感器，二氧化碳傳感器，

3、氧氣傳感器，高溫傳感器，色度傳感器，多量程電流傳感器，氧化還原傳感器和光電門傳感器。二、dis數(shù)字化信息系統(tǒng)的優(yōu)勢中學(xué)化學(xué)實驗要培養(yǎng)學(xué)生動手動腦的能力，要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實驗方法和觀察能力、創(chuàng)新精神?；瘜W(xué)實驗的目的是要使學(xué)生由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識，認(rèn)識物質(zhì)及變化規(guī)律，理解化學(xué)原理和掌握化學(xué)方法。在中學(xué)階段，對于化學(xué)的實驗也分為三個步驟，初中階段，學(xué)生初步了解化學(xué)實驗，學(xué)會化學(xué)實驗儀器的簡單操作和使用，在高中階段的傳統(tǒng)實驗主要是定性實驗為主，驗證性實驗多，探究性實驗少。學(xué)生被動的完成實驗，只能鍛煉學(xué)生的基本操作，加深對一些實驗現(xiàn)象的記憶，很難真正激發(fā)學(xué)生的實驗熱情。而定量實驗，在中學(xué)階段，受限于學(xué)校

4、的條件和儀器的限制，獲得的實驗數(shù)據(jù)都比較簡單、粗糙。例如量筒的精度約0.1ml，托盤天平的精度為0.2g，ph試紙只能判斷到1個單位。當(dāng)我們需要更為精確的數(shù)據(jù)時，這些實驗儀器和設(shè)備就無法滿足我們的需求了。傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實驗一般靠肉眼觀察實驗現(xiàn)象，手動記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，所受限制比較大。一是細(xì)微的科學(xué)過程難以捕捉，二是定量科學(xué)難以定量化。定性實驗主要是用于檢測研究對象的性質(zhì)和組成成分，可以回答“是什么”或“有什么”的問題。而定量實驗則在定性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步測量各種成分的多少及相對數(shù)量關(guān)系，是回答“有多少”的問題。由此可見，定量實驗是定性實驗的進(jìn)一步深化，而定性實驗則是定量實驗的基礎(chǔ)，二者關(guān)系緊密，

5、只有當(dāng)定性實驗定量化，學(xué)生對化學(xué)實驗的本質(zhì)的理解才能更深入，才能更科學(xué)、客觀的看待問題。數(shù)字化實驗利用自身的優(yōu)勢，完全可以解決傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的困難。一是實驗過程的可視化，傳感器將檢測到的信號通過采集器傳輸?shù)诫娔X上，通過軟件的處理即可呈現(xiàn)出來并同時記錄。通過適當(dāng)?shù)能浖幚恚@些記錄下來的數(shù)據(jù)還能以圖像、表格等形式呈現(xiàn)給學(xué)生，而通過“平鋪窗口”顯示器上還可以同時看到數(shù)值的變化和圖線曲線的走向，給學(xué)生更直觀的印象。以酸堿中和滴定的實驗為例。在酸堿中和滴定中，我們傳統(tǒng)實驗方法都是利用指示劑來指示終點，因為我們無法知道溶液的ph值是多少，只好借助指示劑。可事實上，我們常用的指示劑如酚酞的變色范圍是8.2

6、-10，而甲基橙的變色范圍是3.1-4.4，并不在7左右。這樣滴定的終點還是中性嗎。在課本中，我們是用0.100mol/l 的氫氧化鈉溶液來滴定0.100mol/l的鹽酸，我們通過要滴定的鹽酸的溶液體積，可以預(yù)知需要的滴定的氫氧化鈉的溶液體積，從而給出滴定終點的參考體積。如果是未知液呢？就不可能給出參考值，滴定的過程就會很難控制，同時需要記錄的數(shù)值的過程也會非常的繁瑣和緩慢。而我們利用ph值傳感器來測量滴定過程中的ph值變化，就不會有這些問題。比如用鹽酸來滴定氫氧化鈉溶液。在滴定的過程中，我們可以用光電門傳感器和計數(shù)器裝置組合成的滴定計數(shù)器來測量滴定時使用的鹽酸溶液的體積。在滴定過程中，通過數(shù)

7、據(jù)采集器的采集到的ph值傳感器和滴定計數(shù)器的數(shù)據(jù)，可以在顯示器上顯示出實時的溶液ph值和所滴定的體積。同時通過“組合曲線”的數(shù)據(jù)處理，設(shè)定x軸、y軸分別為“v”、“ph2”，即可得到“v-ph2”實時曲線。在曲線上，找到ph值最接近7的點，就可以找到對應(yīng)的體積v，則未知的氫氧化鈉溶液的濃度就可以計算出來了。在實驗過程中，學(xué)生不僅僅只是了解課本上關(guān)于簡單的酸堿中和滴定的知識，同時還通過更進(jìn)一步的實驗探究。在培養(yǎng)了基本的實驗操作技能，同時還培養(yǎng)了同學(xué)之間的協(xié)作能力和探究的精神。通過dis數(shù)字化信息系統(tǒng)，還可以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗的能力，比如二氧化碳的溫室效應(yīng)，實驗室模擬酸雨的形成等等。讓很多學(xué)生原來在

8、高中實驗室很難實現(xiàn)的各種奇妙想法得到操作和實現(xiàn)的可能，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神。三、dis信息化系統(tǒng)在學(xué)校實際使用中的劣勢數(shù)字化實驗室的建立，已經(jīng)需要花費幾十萬的經(jīng)費。而dis數(shù)字化信息系統(tǒng)也不便宜，關(guān)是我們化學(xué)所經(jīng)常用到的幾種傳感器和一個數(shù)據(jù)采集器，就需要不下1.5萬元一套，同時每一個采集器還需要連接到電腦上，總的下來一套系統(tǒng)要2萬，相對來說開支很大。我們化學(xué)實驗室到現(xiàn)在也只配備了8套系統(tǒng)，勉強夠老師在上課的時候輪流使用，很難讓學(xué)生在上課時全部使用。但數(shù)據(jù)化探究實驗系統(tǒng)還是可以成為課堂常規(guī)實驗教學(xué)手段的重要補充，并作為學(xué)生課后研究性學(xué)習(xí)和綜合實踐活動的實驗手段，增進(jìn)學(xué)生對化學(xué)現(xiàn)象和原理本質(zhì)的認(rèn)識，提高學(xué)生分析問題、解決問題的方法和能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的能力。對新課程教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)方式的改革具有明顯的支持作用，是對化學(xué)教學(xué)與現(xiàn)代教育技術(shù)整合的有益探索和補充。實驗是化學(xué)的生命，實驗教學(xué)是化學(xué)學(xué)習(xí)必不可少的環(huán)節(jié)。數(shù)字化實驗作為信息化與實驗相互融合的產(chǎn)物正不斷顯示出其強大的功能。我們也希望能將數(shù)字化實驗室作為傳統(tǒng)