摘 要：數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（Digital Information System Laboratory），簡稱DISLab，是一種新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，筆者通過在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入DISLab技術(shù)，探究其優(yōu)點(diǎn)和局限性，倡導(dǎo)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇性地合理使用DISLab技術(shù)，優(yōu)化高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：DISLab 高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué) 優(yōu)化

中圖分類號(hào)：G623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）05（c）-0000-00

1 簡單介紹DISLab技術(shù)

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（Digital Information System Laboratory），簡稱DISLab，它是在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，通過加載智能化的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)分析軟件，構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（1）傳感器：傳感器能接受外界信號(hào)并以電信號(hào)的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。傳感器種類很多，有溫度傳感器，壓力傳感器，光傳感器，氣體傳感器、酸度傳感器等。（2）數(shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器是連接傳感器和計(jì)算機(jī)的橋梁，其模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將傳感器采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。（3）計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)分析軟件：DISLab實(shí)驗(yàn)分析軟件運(yùn)行于Windows環(huán)境下，數(shù)據(jù)分析功能強(qiáng)大，經(jīng)其自動(dòng)處理，便可輸出為實(shí)驗(yàn)所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖表。

2 DISLab技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用實(shí)例

2.1 中和滴定曲線的繪制

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，我們增加了pH傳感器、光電門傳感器（自動(dòng)液滴計(jì)數(shù)器）、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、磁力攪拌器。實(shí)驗(yàn)時(shí)用移液管移取20ml 0.1mol·L-1 NaOH溶液至一只100ml燒杯中，滴入2～3滴酚酞，將燒杯置于磁力攪拌器上。將光電門傳感器接于酸式滴定管出口處；將pH傳感器放入盛有NaOH溶液的燒杯中，使電極玻璃泡完全浸入液面以下，且不能與磁力攪拌子碰撞。打開預(yù)裝程序，設(shè)置“計(jì)算表格”，添加變量“V”記錄滴入的HCl滴數(shù)（代表HCl滴入體積）；打開磁力攪拌器，待系統(tǒng)顯示的pH值穩(wěn)定后，打開酸式滴定管活塞，使酸液以1滴/秒勻速滴下；當(dāng)pH降至2時(shí)，關(guān)閉酸式滴定管活塞。點(diǎn)擊“繪圖”，設(shè)定X軸、Y軸得出一組“V-pH”數(shù)據(jù)點(diǎn)。點(diǎn)擊“設(shè)置”，取消“只畫離散點(diǎn)”即可得到酸堿反應(yīng)的滴定曲線。

2.2 影響硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的因素

我們增加了色度傳感器（濁度傳感器）、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)時(shí)連接數(shù)據(jù)采集器、色度傳感器、計(jì)算機(jī)并進(jìn)入預(yù)裝軟件，在色度傳感器顯示窗口中選擇“Blue”（硫?yàn)辄S色，主要吸收藍(lán)光）。向比色皿中滴加適量0.5mol·L-1 Na2S2O3溶液，將比色皿置入色度傳感器樣品槽內(nèi)，再向比色皿中滴加適量0.5mol·L-1 H2SO4溶液，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄下溶液不同時(shí)間下的吸光度。更換0.2mol·L-1 Na2S2O3溶液與0.2mol·L-1 H2SO4溶液重復(fù)以上操作。

2.3 鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)

我們增加了氧傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將還原鐵粉、碳粉、飽和食鹽水裝入三頸燒瓶，連接數(shù)據(jù)采集器、氧傳感器、溫度傳感器、計(jì)算機(jī)并進(jìn)入預(yù)裝軟件，將氧傳感器和溫度傳感器接入三頸燒瓶，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，打開攪拌器記錄“時(shí)間-溫度-氧濃度”數(shù)據(jù)。

以上幾個(gè)實(shí)例中，體現(xiàn)了DISLab技術(shù)在優(yōu)化高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的強(qiáng)大功能：（1）酸堿中和滴定的教學(xué)難點(diǎn)是如何讓學(xué)生理解滴定過程中pH值突躍的真實(shí)存在。在傳統(tǒng)的滴定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生很難真實(shí)感受到這一現(xiàn)象。通過應(yīng)用DISLab技術(shù)，演示滴定曲線的獲得過程，學(xué)生可以直觀的觀察到滴定過程中pH值的突躍是客觀存在的，順利得出結(jié)論：變色點(diǎn)附近pH變化非常顯著，指示劑的變色點(diǎn)雖然不是反應(yīng)終點(diǎn)，但引起的實(shí)驗(yàn)誤差并不大，可確保酸堿中和滴定這一分析方法的科學(xué)性和準(zhǔn)確性；（2）影響硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的因素的實(shí)驗(yàn)中，怎樣判斷反應(yīng)速率是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中在錐形瓶下面墊的一張畫有“十”字的白紙，通過溶液中出現(xiàn)的渾濁將“十”字完全遮蓋的時(shí)間來比較反應(yīng)速率，這個(gè)方法有很多人為干擾因素，而利用色度傳感器就能客觀準(zhǔn)確地判斷反應(yīng)速率的大小，我們還可以鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，利用氣體傳感器通過測定反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體的濃度來比較反應(yīng)速率，也可以利用酸度傳感器通過測定反應(yīng)過程中氫離子的消耗來比較反應(yīng)速率，從而拓展學(xué)生的視野，開闊他們的思路；（3）鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)中，氧氣的消耗不能被直觀的觀察到，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中通過與試管相連的導(dǎo)管倒吸一段水柱的方法來間接地證明消耗了氧氣，而利用氧傳感器、溫度傳感器，就能在計(jì)算機(jī)上直接顯示鐵在腐蝕過程中消耗了氧氣，而且放出了熱量。

3 DISLab技術(shù)優(yōu)化高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考

3.1 DISLab技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于提供了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段和途徑

DISLab技術(shù)的優(yōu)勢是能夠在很短的時(shí)間內(nèi)采集和處理大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)、更精確；它能夠檢測信號(hào)量的微小變化和瞬間變化，使實(shí)驗(yàn)的研究范圍大大擴(kuò)展；計(jì)算機(jī)接口可實(shí)現(xiàn)多通道并行采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析可同時(shí)進(jìn)行。這些技術(shù)特點(diǎn)，使DISLab可以高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器難以達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果，使原本較難完成或不能完成的實(shí)驗(yàn)有了實(shí)施的可能，在很大程度上提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、形成假設(shè)并進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 DISLab技術(shù)有其不可回避的局限性

首先DISLab技術(shù)整套系統(tǒng)比較先進(jìn)，要達(dá)到預(yù)期教學(xué)的目標(biāo)，對教師、學(xué)生的綜合能力有更高的要求，正確熟練的操作DISLab技術(shù)需要一個(gè)漫長的學(xué)習(xí)過程；其次DISLab的自動(dòng)化程度高，易使學(xué)生單純關(guān)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、處理，而高中化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生觀察、操作、分析、歸納、計(jì)算等能力，過度依賴DISLab技術(shù)會(huì)使化學(xué)實(shí)驗(yàn)形式化和游戲化的傾向，這顯然與高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的能力要求相違背。

4 結(jié)語

DISLab技術(shù)是教育技術(shù)的進(jìn)步，無論理論還是實(shí)踐都證明DISLab技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)具有非常獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。但考慮到高中化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生觀察、操作、分析、歸納、計(jì)算等能力，教學(xué)中對DISLab系統(tǒng)的利用應(yīng)該做到恰到好處，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)取長補(bǔ)短。只有在用了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)后能加深學(xué)生對化學(xué)原理、概念的理解，提高實(shí)驗(yàn)測量的精度，以及需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時(shí)，用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室才是比較合適的。

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