高中化學(xué)教學(xué)幫手-數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 論文

高中化學(xué)教學(xué)幫手——數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

摘要：DIS(DigitalInformationSystem)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又稱“數(shù)字化信息系統(tǒng)”是由“計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集器等配套實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)軟件包(教材

[1]

專用軟件、通用擴(kuò)展軟件)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在高中化學(xué)教學(xué)中，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以精準(zhǔn)科學(xué)地分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；課堂上

利用它可以轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，真正實(shí)現(xiàn)自主探究式學(xué)習(xí)；對于生活中常見的化學(xué)現(xiàn)象也可以進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的覆蓋面得到拓寬。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)效率引言：伴隨現(xiàn)代教育教學(xué)改革的不斷發(fā)展，高中化學(xué)的教學(xué)方式發(fā)生了較

大的變化，從傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)逐漸過渡到現(xiàn)如今的自主探究式學(xué)習(xí)，而自主學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力則是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對于高中化學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的來

源、是化學(xué)的靈魂、是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)，所以實(shí)驗(yàn)的地位非常重要。隨著課程改革的進(jìn)行，化學(xué)實(shí)驗(yàn)也在悄悄地發(fā)生著變化，從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)逐漸過渡到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)與使用，不僅是信息化教育手段在應(yīng)用層面的提高，也是化學(xué)教學(xué)觀念的進(jìn)步，不僅鍛煉了學(xué)生的思維方式，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的組成及原理1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的組成

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是全新的軟硬件一體化系統(tǒng)，它具體包括多樣化的自助操控平臺(tái)、多通道的數(shù)據(jù)采集器、多類型的傳感器與較強(qiáng)大的函數(shù)圖像處理系統(tǒng)。數(shù)

字化實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)手段、現(xiàn)象規(guī)律的可視化、呈現(xiàn)實(shí)時(shí)化測量、簡單[2]

化操作測量。該系統(tǒng)結(jié)合了化學(xué)實(shí)驗(yàn)和信息技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，克服了現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的弊端，在操作的基礎(chǔ)上同步了信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的原理

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，運(yùn)用傳感器快速獲得大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中是很不方便甚至是不可能的。數(shù)字化技術(shù)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提供了有力工具。綜合上述分析可以得出，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所具備的功能使得學(xué)

生能更深入地了解化學(xué)原理，分析化學(xué)過程。二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)相對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)器材過于落后，很多實(shí)驗(yàn)無法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，嚴(yán)重影響著學(xué)生對化學(xué)知識(shí)的深度理解，部分教師通過語言文字來進(jìn)行

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，或者通過視頻播放的形式讓學(xué)生觀看，相比較直接動(dòng)手實(shí)驗(yàn)或者觀看教師演示實(shí)驗(yàn)而言，這些方式很難營造出活躍有趣的課堂氛圍，降低學(xué)生

學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。而通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的各種結(jié)果會(huì)以數(shù)據(jù)形式直觀表達(dá)出來，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系又可以自動(dòng)生成曲線，更便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)量變與質(zhì)變之間的關(guān)

系。學(xué)生可以模擬進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)發(fā)生很多有趣和富有研究價(jià)值的現(xiàn)象，這個(gè)過程本身就能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，學(xué)生操作時(shí)比較容易出錯(cuò)，在實(shí)驗(yàn)室中，教師不可能將全部的錯(cuò)誤操作都演示出來，時(shí)間也不允許一一矯正，這時(shí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)起到

了關(guān)鍵作用，教師在計(jì)算機(jī)上模擬出各項(xiàng)錯(cuò)誤操作，讓學(xué)生自己去分析判斷，從而增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的能力，也培養(yǎng)了對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

除此之外，高中化學(xué)有些實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，例如人教版必修2教材中P74探究乙醇的催化氧化，該實(shí)驗(yàn)課本對產(chǎn)物的鑒定操作是小心聞生成氣體的

氣味，具有危險(xiǎn)性，為此，在本校名師工作室裴老師和楊老師的共同努力下，研究出用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則可避免“聞”這步操作，它的原理是利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將生成

的乙醛用NaSO溶液吸收，發(fā)生CHCHO+NaSO+HO→CHCH(OH)SONa+NaOH,我們23323233將PH傳感器的探頭放在飽和NaSO吸收液里，軟件顯示PH值變化曲線如圖1所

23示：

23圖1乙醛通入飽和NaSO溶液后PH值變化

分析該反應(yīng)有強(qiáng)堿NaOH生成，而

PH值大幅上升則證明有乙醛參與反應(yīng)，那么乙醇則被催化氧化為乙醛。種種都說明我們可以充分利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)

合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的前提下，既可以很好地完成教學(xué)又可以避免一些意外事故的發(fā)生，揚(yáng)長避短，一舉兩得。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對化學(xué)教學(xué)的輔導(dǎo)作用1.科學(xué)定量分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比較，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)科學(xué)的定量分析，避免誤差造成的影響，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中由于種種原因會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)拮據(jù)、很難

進(jìn)行定量分析，也容易造成實(shí)驗(yàn)結(jié)論不精確的現(xiàn)象，而通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠獲得精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在反復(fù)試驗(yàn)中，對數(shù)據(jù)有整體的了解，能得到更加準(zhǔn)確

的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)最終會(huì)以表格或者圖像的形式將結(jié)果展示出來，這樣學(xué)生能直觀地進(jìn)行自主分析。

只有精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能保證實(shí)驗(yàn)效率，例如我們在測定酸溶液的PH變化實(shí)驗(yàn)中，將計(jì)算機(jī)與PH值測量傳感器相連接，傳感器感應(yīng)部分放入燒杯中，再

逐漸往燒杯里滴入稀鹽酸，這時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕會(huì)出現(xiàn)一條曲線，顯示此時(shí)的酸堿度數(shù)值變化，數(shù)據(jù)非常精確，學(xué)生更易分析，分析能力也會(huì)在一次次的實(shí)驗(yàn)下得

到提高。.轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)自主探究

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中，教師在講解完實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行演示之后，一般就沒多少后續(xù)了，這種教學(xué)理念是錯(cuò)誤的，因?yàn)閷W(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，多多少少會(huì)出現(xiàn)一

些問題，此時(shí)教師應(yīng)及時(shí)解決這些問題和疑點(diǎn)，與學(xué)生一起觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，分析數(shù)據(jù)，最終讓學(xué)生徹底熟悉并掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容知識(shí)。除此之外，部分教師還存

在“霸占”實(shí)驗(yàn)課堂的現(xiàn)象，單方向地向?qū)W生傳輸知識(shí)內(nèi)容，沒有實(shí)驗(yàn)這個(gè)靈魂的存在，長此以往，學(xué)生的自主探究能力很難得到培養(yǎng)，針對此，我們可以積極

利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，通過方便科學(xué)的設(shè)備，完善實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，與學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高學(xué)生的參與度。舉例來說，強(qiáng)弱電解質(zhì)是化

學(xué)反應(yīng)原理中一大難點(diǎn)。但在課本中電解質(zhì)的電離度卻沒有進(jìn)行充分分析，學(xué)生很難理解，所以我們可以設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，測定不同濃度乙酸溶液的pH值變化，

讓學(xué)生自主分析收集的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生思考：乙酸溶液的PH值與其濃度之間有什么關(guān)系，與電離度又有什么關(guān)系，從而得出相應(yīng)結(jié)論。這樣不僅學(xué)生的探索精

神得到了鍛煉，同時(shí)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力也會(huì)得到提升。這正是我們課程改革所需要的。

3.拓展學(xué)生視野，支持課外探究

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不一定局限在課堂上，我們也可以利用它做課外興趣小實(shí)驗(yàn)，拓[3]

展學(xué)生的視野，這樣對培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣有很大的幫助。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求、目的等，選擇合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，例如探究鐵釘?shù)碾娀瘜W(xué)腐蝕，我們可

以利用氧氣傳感器，將電化學(xué)腐蝕中消耗氧氣的量數(shù)字化，從定量或半定量的角度，研究鐵釘腐蝕程度與氧氣得電子之間的關(guān)系；又如比較單池原電池與雙池原

電池的不同，我們可以選擇電壓傳感器，測量其輸出電壓的穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單池原電池得到一條傾斜度較大的曲線，而雙池原電池則可以得到一條傾斜度較緩

的曲線，從而證明了雙池電池確實(shí)比單池原電池的電壓穩(wěn)定；在測定物質(zhì)溶解度時(shí)，可以選擇濃度傳感器；在測定河水污染狀況的時(shí)候，可以選擇酸堿度傳感器，

分析水質(zhì)的PH等。四、結(jié)語

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用在高中化學(xué)教學(xué)上，是一次教學(xué)手段的創(chuàng)新，是現(xiàn)代教育技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合。從理論和實(shí)踐層面，都證明了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于

[4]

高中化學(xué)教學(xué)具有顯而易見的優(yōu)點(diǎn)。它儼然已成教學(xué)中的必然趨勢，我們應(yīng)充分利用好數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，將它與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對提高我們的教學(xué)效率將有很大

幫助！參考文獻(xiàn)

[1]卓敏.DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用舉例[J].教學(xué)儀器與實(shí)

驗(yàn),2011.27（3）：