高中化学数字化实验教学策略初探

1、PAGE PAGE 4高中化学数字化实验教学策略初探陈旭东(大榭中学 宁波 315812)摘 要: 高中化学数字化实验教学是信息技术与化学教学整合的新途径，为了加深学生对化学反应现象、本质、反应原理的认识，本文探索高中化学数字化实验教学的策略，数字化实验教学需要注重化学学科思想方法的渗透、注重培养解决实际问题的能力、注重化学概念及反应原理的拓展、注重学生实验结果的评价和注重学生化学学习能力的提高。关键词：化学 数字化实验 策略数字化实验室（DIS）是一般由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成的测量、采集、处理设备和与之配套的相应的实验仪器装备组成的实验室。基于传感器的计算机实时数

2、据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图象分析等技术是开展高中化学探究教学的两大技术支撑。高中化学数字化实验教学是信息技术与化学教学整合的新途径，一方面弥补了传统实验工具的缺陷，使实验的方法更加先进，实验的数据更加准确，实验的步骤更加清晰；另一方面革新了化学实验仪器与方法，拓展了化学实验的内容。例如使用pH传感器,就可以进行溶液的pH测量、酸碱中和滴定曲线绘制、食醋总酸量的测定、温度对水解平衡的影响、酸碱指示剂变色范围的测定、有机反应类型的判断、雨水及河水的pH值测定等。如果组合使用多种传感器，可以实现复杂的或与实际生活相关的学生探究性实验，比如水质测定、饮料成分测定、食醋中醋酸含量的测

3、定等，以此来拓展学生综合实践活动。高中化学数字化实验教学主要方向针对化学概念、反应原理、定量实验等进行课堂教学，本文主要从以下几个方面去探索数字化实验教学策略： 1 数字化实验教学注重化学学科思想方法的渗透学科思想是一个学科的核心和灵魂，它与知识，能力一起构成了学科体系的三个方面。在教学中学化学学科思想的渗透和引入，对学生学习化学帮助将产生深远影响。1.1现象与本质的思想方法现象与本质的思想方法是化学学科重要的思想方法。化学实验现象是物质发生变化的标志，还要学习透过现象去抓住本质。而化学是以实验为基础的科学，化学教学离不开化学实验，如果有了数字化实验的辅助作用，有些实验我们不是只了解实验现象就

4、可以，如果有了数据上的支撑，学生就可以通过现象、数据和图表来了解相关概念、原理和本质。如中和滴定过程中PH值变化曲线，让我们比较容易抓住其中两个关键点，恰好反应点和中性点，以此来判断酸和碱的过量状况。1.2定性与定量的思想方法定性与定量是化学研究中常用的两种思想方法，从不同的深度和角度对事物进行研究。定性的思想方法，主要从是否存在某种属性、存在程度的深浅或大小等角度进行初步确定；而定量的思想方法，则在定性的基础上精确地对事物的属性进行深度的、量化的表达。而中学化学数字化实验可使实验从定性升华到定量方法。 例如在化学反应与能量变化教学中，对于镁条与盐酸的反应、酸碱中和反应是否放热，一般是学生通过

5、触摸管壁是否发热，感性地认识该反应是否放热。如果利用数字化实验的温度传感器，即使是小范围的温度变化也能定量的呈现出来，包括某些吸热反应的温度变化。 又如在化学反应速率与反应限度教学 “问题解决”环节中，是有关大理石和盐酸溶液反应的速率问题（见图1）。图1：化学2教材化学反应速率中问题解决 学生很难理解二者反应的速率并不是稳定不变，既不是持续增大，也不是持续减小，是有时增大有时减小。如果从产生的气体的速度来观察反应的快慢这一传统定性方法，是不可能观察到这样的现象的。要真实的反映反应的全过程最好还是借助气压传感器或者CO2传感器定量地分析。2 数字化实验教学注重培养解决实际问题的能力 数字化实验是

6、社会进步的需要，是化学实验教学现代化的一种体现形式，它能有效地提高化学实验教学的质量，培养中学生学习和应用数字化技术的兴趣和意识，培养学生利用数字化技术获取信息、分析信息和处理信息的能力，让学生获得适应未来信息社会需要的创新能力、动手操作能力和思维想象能力。 数字化实验教学为学生解决实际问题提供技术支持。如果学生熟练掌握数字化实验技术，就根据探究需要测定的数据选择如温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等不同的传感器。数字化实验设备比较轻巧与便携也为学生进行户外探究提供了方便，数字化设备拓展问题探究的广度，借助数字化实验设备，把很多原来只能意会的问题数字化、外显化，可直

7、接应用于真实情境，更容易解决生活中的实际问题，如用数字化实验设备测定酸雨、水质污染等环境污染问题。例如进行水质分析和水体富营养化的探究活动教学设计，则可以让学生通过对水的电导率、pH、溶解氧以及水体透光率的测定来对水质进行一些简单的分析，探究分析水体富营养化后水中O2、成分含量，同时也培养了学生社会的责任意识。 又如土壤酸碱度的测定，土壤是作物生长的重要基础条件，是人类从事农业生产的一项直接的重要资源，也是与学生密切相关的问题。如果利用PH传感器就可以对土壤数据库中的pH参数进行测定，甚至可以提出一些改良方法，并设计实验来验证。3 数字化实验教学注重化学概念及反应原理的拓展 一些难理解的科学概

8、念和原理，通过传统实验还不足以让学生容易理解，借助于数字化传感技术的直观演示和准确的数据分析，启到了脚手架功能，有利于突破教学难点，优化教学过程提高教学效率。中学化学数字化实验通过各种表现手法抛开某些表面的、次要的、非本质的因素将内在的、重要的、本质的东西表现出来进行实验处理和图像输出在屏幕上实施微观放大宏观缩小动静结合图文并茂。在短时间内调动学生多种感官参与活动学生获取动态信息从而形成鲜明的感官认识，为进一步上升为理性认识奠定了基础，有利于激发了学生的学习兴趣，调动学生的积极性，优化了教学过程，提高课堂效率。 例如弱电解质的电离平衡是中学化学教学中的一个难点。对于弱电解质的电离平衡中加水稀释

9、的问题，既是稀释又是促进电离的过程，因缺少直观的实验验证，只是纸上谈兵，学生接受就相对困难。应用数字化实验教学，组合使用pH 传感器和电导率传感器，监测随着水的加入乙酸溶液的 pH 值以及电导率的变化，并以图表的形式，让学生进行分析和探究，激发学生学习的兴趣的同时，也能帮助学生更好地理解和掌握浓度对于弱电解质电离度的影响。 又如探讨和解决化学变化的方向和限度问题是化学学科所要担负的主要任务之一，此问题的核心即化学平衡。化学平衡的研究对象就是一系列的可逆反应，平衡也是也一个动态的平衡，学生理解也比较困难，我们可以思考数字化实验中动态曲线来帮助学生突破难点。4数字化实验教学注重学生实验结果的评价

10、数字化实验设备的引入让探究活动反思更细致，借助设备可记录整个实验过程，如在实验中存在一些数据异常，给了我们分析、质疑、反思、评价时更客观的依据。特别是针对定量实验结果和预测不同的分析，通过同学间的讨论分析是导致了数据结果有误的原因，使有效反思贯穿于整个探究活动中。数字化实验教学的恰当应用使评价更客观，更具备发展性，有利于学生的成长。例如在配制一定物质的量浓度的溶液时，学生的实验操作是否规范，定容后溶液浓度是否准确，不能进行准确的判断和评价。借助电导率传感器或PH传感器立即测定出氢氧化钠溶液或盐酸溶液浓度是否与要求相符，对于定量实验的结果给予学生量化的评价，也给了学生反思的空间，通过误差分析来了

11、解自己在实验过程中的哪些操作存在问题，学习如何在实验中有效地控制误差。5数字化实验教学注重学生化学学习能力的提高考试说明中阐述的化学学习能力包括“接受、吸收、整合化学信息的能力”，“分析和解决化学问题的能力”、“化学实验与探究能力”。数字化实验为我们提供了大量的数据和图表，对于实验结果需要学生具有从图形中获取信息的能力，同时这也是高考的一个热点问题。“接受、吸收、整合化学信息的能力”则要求能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察，获取有关的感性知识和印象，并进行初步的加工、吸收、有序储存的能力。因此在高考中经常出现一些图像曲线、数据图表，这些曲线、图表、图形中包含有大量的化学

12、知识与信息。学生必须能够正确的提取，并对观察的结果进行加工，将从观察中得到的信息加以分析 、进行分类，从中发现同类事物的共同特性或化学规律。 数字化实验教学中适当组合使用多种传感器，实时图像、图表呈现出分析数据，对于提高学生的化学学习能力具有重要的作用。通过对数据进行分析和评价，特别有利于培养学生接受、吸收、整合化学信息的能力。例如在原电池复习数字化实验教学中，电极、溶液的相互组合判断原电池的形成条件及相应的正负极，让学生以交叉分类的方法进行探究，把原电池电极选择的问题继续深化和拓展，让学生通过实验数据进行分析和选择无论从成本还是电压值方面，都是ZnC电极作电池更合适（见图2）。甚至可以根据图

13、像也可以发现了电解质溶液浓度和电池的电压值有关的结论。图2 原电池不同电极和电压的关系 虽然数字化实验的应用和传统中学化学实验基本操作要点教学间存在着矛盾，但是数字化实验在教学过程仍可作为一种重要的辅助手段加以应用，特别是在加深学生对化学反应现象、本质、反应原理的认识，以及学生化学学习能力的提高方面。在今后的教学中需要我们实践中发现问题，去找寻规律来，更深刻地认识现代科学技术对化学问题学习和探究的影响。主要参考文献1 成刚.化学实验室的数字化研究. /Article/CDMD-10657-2010071125.htm2赵德成.新课程实施中的情感、态度与价值观评价.课程.教材.教法.2003 3中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准.人民教育出版社4 汪明微.数字化化学实验应用于化学实验教学的反思. /link?url=4rxl