高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略初探

1、PAGE PAGE 4高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略初探陳旭東(大榭中學(xué) 寧波 315812)摘 要: 高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)整合的新途徑，為了加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象、本質(zhì)、反應(yīng)原理的認(rèn)識，本文探索高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要注重化學(xué)學(xué)科思想方法的滲透、注重培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力、注重化學(xué)概念及反應(yīng)原理的拓展、注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價和注重學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力的提高。關(guān)鍵詞：化學(xué) 數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 策略數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室（DIS）是一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成的測量、采集、處理設(shè)備和與之配套的相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器裝備組成的實(shí)驗(yàn)室?；趥鞲衅鞯挠嬎銠C(jī)實(shí)時數(shù)

2、據(jù)采集和基于計算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的計算機(jī)建模和圖象分析等技術(shù)是開展高中化學(xué)探究教學(xué)的兩大技術(shù)支撐。高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)整合的新途徑，一方面彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)工具的缺陷，使實(shí)驗(yàn)的方法更加先進(jìn)，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)的步驟更加清晰；另一方面革新了化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器與方法，拓展了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。例如使用pH傳感器,就可以進(jìn)行溶液的pH測量、酸堿中和滴定曲線繪制、食醋總酸量的測定、溫度對水解平衡的影響、酸堿指示劑變色范圍的測定、有機(jī)反應(yīng)類型的判斷、雨水及河水的pH值測定等。如果組合使用多種傳感器，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的或與實(shí)際生活相關(guān)的學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)，比如水質(zhì)測定、飲料成分測定、食醋中醋酸含量的測

3、定等，以此來拓展學(xué)生綜合實(shí)踐活動。高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要方向針對化學(xué)概念、反應(yīng)原理、定量實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行課堂教學(xué)，本文主要從以下幾個方面去探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略： 1 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重化學(xué)學(xué)科思想方法的滲透學(xué)科思想是一個學(xué)科的核心和靈魂，它與知識，能力一起構(gòu)成了學(xué)科體系的三個方面。在教學(xué)中學(xué)化學(xué)學(xué)科思想的滲透和引入，對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)幫助將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。1.1現(xiàn)象與本質(zhì)的思想方法現(xiàn)象與本質(zhì)的思想方法是化學(xué)學(xué)科重要的思想方法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是物質(zhì)發(fā)生變化的標(biāo)志，還要學(xué)習(xí)透過現(xiàn)象去抓住本質(zhì)。而化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)教學(xué)離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如果有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的輔助作用，有些實(shí)驗(yàn)我們不是只了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就

4、可以，如果有了數(shù)據(jù)上的支撐，學(xué)生就可以通過現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和圖表來了解相關(guān)概念、原理和本質(zhì)。如中和滴定過程中PH值變化曲線，讓我們比較容易抓住其中兩個關(guān)鍵點(diǎn)，恰好反應(yīng)點(diǎn)和中性點(diǎn)，以此來判斷酸和堿的過量狀況。1.2定性與定量的思想方法定性與定量是化學(xué)研究中常用的兩種思想方法，從不同的深度和角度對事物進(jìn)行研究。定性的思想方法，主要從是否存在某種屬性、存在程度的深淺或大小等角度進(jìn)行初步確定；而定量的思想方法，則在定性的基礎(chǔ)上精確地對事物的屬性進(jìn)行深度的、量化的表達(dá)。而中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可使實(shí)驗(yàn)從定性升華到定量方法。 例如在化學(xué)反應(yīng)與能量變化教學(xué)中，對于鎂條與鹽酸的反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)是否放熱，一般是學(xué)生通過

5、觸摸管壁是否發(fā)熱，感性地認(rèn)識該反應(yīng)是否放熱。如果利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的溫度傳感器，即使是小范圍的溫度變化也能定量的呈現(xiàn)出來，包括某些吸熱反應(yīng)的溫度變化。 又如在化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)限度教學(xué) “問題解決”環(huán)節(jié)中，是有關(guān)大理石和鹽酸溶液反應(yīng)的速率問題（見圖1）。圖1：化學(xué)2教材化學(xué)反應(yīng)速率中問題解決 學(xué)生很難理解二者反應(yīng)的速率并不是穩(wěn)定不變，既不是持續(xù)增大，也不是持續(xù)減小，是有時增大有時減小。如果從產(chǎn)生的氣體的速度來觀察反應(yīng)的快慢這一傳統(tǒng)定性方法，是不可能觀察到這樣的現(xiàn)象的。要真實(shí)的反映反應(yīng)的全過程最好還是借助氣壓傳感器或者CO2傳感器定量地分析。2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是

6、社會進(jìn)步的需要，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)代化的一種體現(xiàn)形式，它能有效地提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)中學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的興趣和意識，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)字化技術(shù)獲取信息、分析信息和處理信息的能力，讓學(xué)生獲得適應(yīng)未來信息社會需要的創(chuàng)新能力、動手操作能力和思維想象能力。 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)為學(xué)生解決實(shí)際問題提供技術(shù)支持。如果學(xué)生熟練掌握數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，就根據(jù)探究需要測定的數(shù)據(jù)選擇如溫度、濕度、光強(qiáng)、pH值、溶解氧濃度、電導(dǎo)率、氣壓、電流、電壓等不同的傳感器。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較輕巧與便攜也為學(xué)生進(jìn)行戶外探究提供了方便，數(shù)字化設(shè)備拓展問題探究的廣度，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，把很多原來只能意會的問題數(shù)字化、外顯化，可直

7、接應(yīng)用于真實(shí)情境，更容易解決生活中的實(shí)際問題，如用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備測定酸雨、水質(zhì)污染等環(huán)境污染問題。例如進(jìn)行水質(zhì)分析和水體富營養(yǎng)化的探究活動教學(xué)設(shè)計，則可以讓學(xué)生通過對水的電導(dǎo)率、pH、溶解氧以及水體透光率的測定來對水質(zhì)進(jìn)行一些簡單的分析，探究分析水體富營養(yǎng)化后水中O2、成分含量，同時也培養(yǎng)了學(xué)生社會的責(zé)任意識。 又如土壤酸堿度的測定，土壤是作物生長的重要基礎(chǔ)條件，是人類從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)直接的重要資源，也是與學(xué)生密切相關(guān)的問題。如果利用PH傳感器就可以對土壤數(shù)據(jù)庫中的pH參數(shù)進(jìn)行測定，甚至可以提出一些改良方法，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。3 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重化學(xué)概念及反應(yīng)原理的拓展 一些難理解的科學(xué)概

8、念和原理，通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還不足以讓學(xué)生容易理解，借助于數(shù)字化傳感技術(shù)的直觀演示和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，啟到了腳手架功能，有利于突破教學(xué)難點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)過程提高教學(xué)效率。中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)通過各種表現(xiàn)手法拋開某些表面的、次要的、非本質(zhì)的因素將內(nèi)在的、重要的、本質(zhì)的東西表現(xiàn)出來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理和圖像輸出在屏幕上實(shí)施微觀放大宏觀縮小動靜結(jié)合圖文并茂。在短時間內(nèi)調(diào)動學(xué)生多種感官參與活動學(xué)生獲取動態(tài)信息從而形成鮮明的感官認(rèn)識，為進(jìn)一步上升為理性認(rèn)識奠定了基礎(chǔ)，有利于激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，優(yōu)化了教學(xué)過程，提高課堂效率。 例如弱電解質(zhì)的電離平衡是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的一個難點(diǎn)。對于弱電解質(zhì)的電離平衡中加水稀釋

9、的問題，既是稀釋又是促進(jìn)電離的過程，因缺少直觀的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，只是紙上談兵，學(xué)生接受就相對困難。應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，組合使用pH 傳感器和電導(dǎo)率傳感器，監(jiān)測隨著水的加入乙酸溶液的 pH 值以及電導(dǎo)率的變化，并以圖表的形式，讓學(xué)生進(jìn)行分析和探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣的同時，也能幫助學(xué)生更好地理解和掌握濃度對于弱電解質(zhì)電離度的影響。 又如探討和解決化學(xué)變化的方向和限度問題是化學(xué)學(xué)科所要擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)之一，此問題的核心即化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡的研究對象就是一系列的可逆反應(yīng)，平衡也是也一個動態(tài)的平衡，學(xué)生理解也比較困難，我們可以思考數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中動態(tài)曲線來幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。4數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價

10、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的引入讓探究活動反思更細(xì)致，借助設(shè)備可記錄整個實(shí)驗(yàn)過程，如在實(shí)驗(yàn)中存在一些數(shù)據(jù)異常，給了我們分析、質(zhì)疑、反思、評價時更客觀的依據(jù)。特別是針對定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測不同的分析，通過同學(xué)間的討論分析是導(dǎo)致了數(shù)據(jù)結(jié)果有誤的原因，使有效反思貫穿于整個探究活動中。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的恰當(dāng)應(yīng)用使評價更客觀，更具備發(fā)展性，有利于學(xué)生的成長。例如在配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液時，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范，定容后溶液濃度是否準(zhǔn)確，不能進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和評價。借助電導(dǎo)率傳感器或PH傳感器立即測定出氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液濃度是否與要求相符，對于定量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果給予學(xué)生量化的評價，也給了學(xué)生反思的空間，通過誤差分析來了

11、解自己在實(shí)驗(yàn)過程中的哪些操作存在問題，學(xué)習(xí)如何在實(shí)驗(yàn)中有效地控制誤差。5數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力的提高考試說明中闡述的化學(xué)學(xué)習(xí)能力包括“接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力”，“分析和解決化學(xué)問題的能力”、“化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究能力”。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為我們提供了大量的數(shù)據(jù)和圖表，對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要學(xué)生具有從圖形中獲取信息的能力，同時這也是高考的一個熱點(diǎn)問題?！敖邮堋⑽?、整合化學(xué)信息的能力”則要求能夠通過對實(shí)際事物、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)物、模型、圖形、圖表的觀察，獲取有關(guān)的感性知識和印象，并進(jìn)行初步的加工、吸收、有序儲存的能力。因此在高考中經(jīng)常出現(xiàn)一些圖像曲線、數(shù)據(jù)圖表，這些曲線、圖表、圖形中包含有大量的化學(xué)

12、知識與信息。學(xué)生必須能夠正確的提取，并對觀察的結(jié)果進(jìn)行加工，將從觀察中得到的信息加以分析 、進(jìn)行分類，從中發(fā)現(xiàn)同類事物的共同特性或化學(xué)規(guī)律。 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中適當(dāng)組合使用多種傳感器，實(shí)時圖像、圖表呈現(xiàn)出分析數(shù)據(jù)，對于提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)能力具有重要的作用。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評價，特別有利于培養(yǎng)學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力。例如在原電池復(fù)習(xí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，電極、溶液的相互組合判斷原電池的形成條件及相應(yīng)的正負(fù)極，讓學(xué)生以交叉分類的方法進(jìn)行探究，把原電池電極選擇的問題繼續(xù)深化和拓展，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和選擇無論從成本還是電壓值方面，都是ZnC電極作電池更合適（見圖2）。甚至可以根據(jù)圖

13、像也可以發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)溶液濃度和電池的電壓值有關(guān)的結(jié)論。圖2 原電池不同電極和電壓的關(guān)系 雖然數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用和傳統(tǒng)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作要點(diǎn)教學(xué)間存在著矛盾，但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過程仍可作為一種重要的輔助手段加以應(yīng)用，特別是在加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象、本質(zhì)、反應(yīng)原理的認(rèn)識，以及學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力的提高方面。在今后的教學(xué)中需要我們實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，去找尋規(guī)律來，更深刻地認(rèn)識現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對化學(xué)問題學(xué)習(xí)和探究的影響。主要參考文獻(xiàn)1 成剛.化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化研究. /Article/CDMD-10657-2010071125.htm2趙德成.新課程實(shí)施中的情感、態(tài)度與價值觀評價.課程.教材.教法.2003 3中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn).人民教育出版社4 汪明微.數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反思. /link?url=4rxl