浅析DIS系统在中学化学实验教学中的创新理念

1、·52·Educational Equipment And Experiment Vol27，No8，2011檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸殠殠殠殠装备研究浅析DIS 系统在中学化学实验教学中的创新理念刘长胜福建省厦门市海沧实验中学361026DIS 是英文”Digital Information System ”的缩写，即数字化信息系统，主要由传感器、数字采集器、计算机和通用软件组成。其实验手段是通过传感器把各种物理信号转化成相应的电信号，数字采集器将电信号进行相应的处理后传入到计算机内，计算机通过通用软件进行分析处理，并以数据图表等多种形式实时显现。教育部2006年7月发布的

2、中小学理科实验室装备规范中第一次将其列入仪器装备标准中。DIS 系统不仅是仪器设备的改革创新，更是实现从传统强调知识积累、重视论证知识结论，向注重知识的形成过程、强调科学探究、培养创新思维和合作精神的现代教育教学理念转变的重要载体。它引发了从传统定性实验向灵敏、精准的定量实验革命性的飞跃。笔者通过两年多的教学实践，就DIS 系统在中学化学实验教学中的创新意义作以下阐述。1理论知识实验化，使中学化学教学更具科学性和直观性中学化学教材中一些结论性内容，由于受到常规仪器功能上的限制，只能停留在理论层面上，得不到实验的佐证。学生，甚至是老师也只能被动接受教材理论上的阐述。“求证”往往得不到满足，使学生

3、的认知过程得不到科学的发展，学生知识结构和学习能力的建构缺乏科学实践的支撑，学生科学观和科学精神得不到很好的培养。如甲烷、乙烯、乙炔燃烧时火焰温度的差别，酒精灯内外焰温度的比较，不同盐类水解程度的强弱等，虽然教材上有具体数值的比较，但使用常规的仪器设备无法实现实验的佐证，使科学性的数据得不到验证而缺乏实践性。学生只能被动地接受教材和教师的理论描述，使本来以实验为基础的化学学科在中学阶段也基本失去了真正的实践依据。DIS 数字化实验信息系统把传统中学化学真正带入科学数字化时代，如利用高温传感器直接测定0 1000 ，分度为1 的火焰温度。让学生真实地感受到酒精灯内外焰温度的差别、化学反应热量等关

4、于能量变化方面的实验；利用pH 传感器直接测量0 14分度为001的酸碱度，让中和反应的终点判断更加科学，盐类水解程度的不同有了科学的数字依据。现在利用朗威等数字化信息系统可以将中学化学教材中冰醋酸稀释过程中离子浓度变化、二氧化碳浓度测定、复分解反应的实质等15类理论性知识通过可视实验得到佐证，大大增强了中学化学教学的科学性和直观性。2部分定性实验定量化，定量实验精确化，极大地增强了学生的探究意识笔者在日常化学教学中发现，现行化学教材中存在很多用数据描述的变化过程，由于受到常规仪器的功能限制，只能用定性实验进行简单的模糊验证或只能在理论上进行阐述。例如教材中CH 3COONa 、Na 2CO

5、3、NaHCO 3水解强弱的比较，利用酸碱指示剂和广泛pH 试纸无法显示其酸碱性微弱的差别；NaOH 与AICl 3反应沉淀量的变化只能通过目测判断。这样事实得不到验证，判断存在误差，学生的求证欲望得不到满足，学习内容的科学性和理论的真实性受到比较大的影响。如果利用DIS 系统的pH 值传感器、浊度传感器和色度传感器等，就可以使这些依靠常规仪器无法测定的变化过程转化为定量的可视实验，大大地增强了化学学科的科学性和实践性。定量研究是科学探究的主要方法之一，也是学生严密思维、求真态度、科学素养形成的一种重要途径。中学化学教材中传统的定量实验由于实教学仪器与实验第27卷2011年第8期·5

6、3·验条件的限制，往往存在着操作步骤多，受外界条件影响大，数据准确性低等不足。DIS 系统利用现代传感器和计算机的整合处理，大大简化了一些定量实验的操作步骤，同时极大提高了实验数据的准确性。例如浓度对弱电解质溶液导电能力的影响，酸碱中和滴定，醋酸电离平衡常数的测定等都可以通过DIS 系统进行精确分析。DIS 系统是传统实验教学的一次革命性发展，它使传统的化学实验教学进入一个全新的现代信息化时代，它使传统感性的定性实验直接转化为直观数据进行分析，把原来的只能用现象模拟解释的实验直接转变为精确的实验数据。这样就使教学的直观性和科学性大大增强，同时也使学生从感性接受式学习模式走向体验探究的

7、科学成长过程。3自定义公式、函数图像等数据信息化处理功能，实现了教学与现代科技的有机融合“教育的信息化要求在教育领域中充分运用现代信息技术，以保证扩大教育规模，为教育终身化、个性化和国际化提供保证。”由于受到教学条件和教育理念的影响，对化学实验信息和数据的处理，大多数学校和教师还沿袭传统的处理方法，在一定程度上落伍于现代信息技术。DIS 系统利用其现代信息处理功能，填补了中学化学教学在现代信息技术运用上的空白。如酸碱中和、冰醋酸稀释离子浓度的变化、浓度对溶液导电能力的影响等控制变量过程，传统教学只停留在结果和理论计算层面。而DIS 系统可以利用软件的“绘图”功能进行简单设定，计算机会根据实验过

8、程中某个物理量的变化而自动生成函数图形，直观地显现各种物理量在变化过程中的数理关系，极大地提高了定量实验的科学性和准确性，缩短了实验的整体时间，提高了实验效率。醋酸电离平衡常数的测定，预先配制好不同浓度的醋酸溶液，通过数据采集器和pH 传感器，打开“计算表格”，添加变量“C ”代表醋酸的浓度，自定义公式“H =1/10（pH ）”代表氢离子浓度，自定义公式“Ka =H 2/C ”代表乙酸电离平衡常数，选择“平铺窗口”。然后通过pH 传感器对不同浓度醋酸溶液进行测定，系统将自动显示其pH 值，点击“记录”后，将相应的浓度输入表格，即可计算出醋酸的电离平衡常数。4拓展课外实验，提高学生的课题研究能

9、力研究性学习是新课程标准规定高中阶段必修课程之一，一般要求学生在高中阶段必须完成3个以上的课题，取得15学分。笔者通过两年多就研究性学习课题的调查发现，许多学生的课题由于缺乏实验数据的支撑显得内容空洞，实践性不强。DIS 数字化信息实验系统集携带方便（如朗威DISLabV60新推出便携式采集终端）、操作简单、数据处理功能先进等特点，为广大师生进行课外研究性学习提供了一个很好的现代技术平台。笔者在上一学年指导学生利用二氧化碳传感器、溶解氧传感器、pH 值传感器、浊度传感器等实验设备，顺利完成了厦门海沧大桥与大屏山公园大气中二氧化碳含量的比较、新阳工业区工业废水酸碱性测定等五个课题，分别获区、校优

10、质奖。随着学校教育现代化水平的不断提升，数字化实验系统必将为学生研究能力的培养、创新思维的形成提供更大的现代技术平台。随着教育现代化的不断发展，学校教育技术装备的不断提升，DIS 数字化信息实验系统必将以它便捷、直观、高效、信息处理能力强等特点在中学化学实验教学中发挥现代领军作用。当然，对任何事物都要用辩证的观点去看待。一方面，由于各地各校财政和办学实力的不同，DIS 数字化信息实验系统现在还处于推广阶段，无法达到普及的程度。另一方面，DIS 数字化信息实验系统硬件耐用方面有待于提高，生产成本有待于下降，测量过程的稳定指标、软件的开放利用等方面亟待提升。教育应以人为本。DIS 数字化信息实验系统只是对教学和传统实验的补充和完善，需要广大科研人员和教育工作者在实践中共同探索，开发更多更好的DIS 配套的实验装置，使DIS 日渐完善，为新课程探究实验教学提供更广阔的实践平台，实现新课标要求的“信息技术与化学学科教学的全面整合”，最大程度地发挥各种资源的教育和创新