倪凱群

摘 要：主要介紹如何在等效平衡的學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究，以及如何培養(yǎng)中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力的問題。

關(guān)鍵詞：等效平衡；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；研究

等效平衡的問題就是指利用與某一種平衡狀態(tài)等效的過渡平衡狀態(tài)（相同平衡）進(jìn)行與之有關(guān)的問題分析和判斷，或利用相似平衡的相似原理進(jìn)行有關(guān)量的計(jì)算。同時(shí)等效平衡也是一種思維分析方式和解題方法。由于等效平衡問題其豐富的知識(shí)點(diǎn)和靈活的考查方式，所以其對(duì)思維能力起到較強(qiáng)的鍛煉效果；因此，它也一直是學(xué)生在學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)“化學(xué)平衡”這一部分內(nèi)容時(shí)最大的難點(diǎn)。很多學(xué)生在接觸到這一問題時(shí)，恐懼感很強(qiáng)，自信心不足。等效平衡的概念說明了化學(xué)反應(yīng)的途徑與化學(xué)平衡的狀態(tài)無關(guān)。對(duì)于相同的條件，無論反應(yīng)從什么方向開始，可逆反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡時(shí)的狀態(tài)是相同的。等效平衡也是利用平衡等效來解題的一種很好的思維方式和解題方法。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要是以手持式數(shù)據(jù)儀器為主的實(shí)驗(yàn)，其中采集器與傳感器（各類探頭）為主要工作原件。采集器負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集并儲(chǔ)存；傳感器根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定的參數(shù)而自行選擇；同時(shí)，數(shù)字化儀器的輕巧還為學(xué)生課外活動(dòng)探究提供了方便。對(duì)于教師而言可以根據(jù)實(shí)際情況，把課堂開設(shè)在數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)和化學(xué)原理的理解。以“酸堿中和滴定”為例，利用pH傳感器、溫度傳感器和計(jì)算機(jī)，在化學(xué)課堂上演示“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)可以以表格和圖像的形式呈現(xiàn)并快速的分析處理。數(shù)字化儀器很大程度上能使過去的定性實(shí)驗(yàn)得以定量化的驗(yàn)證。

本文的著手點(diǎn)在于如何將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于等效平衡。經(jīng)過實(shí)踐研究在這里選取3個(gè)有代表性的實(shí)驗(yàn)簡單說明。

對(duì)于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)而言，數(shù)字化的意義在于精確地定量。數(shù)字化儀器測(cè)量的優(yōu)勢(shì)在于無論實(shí)驗(yàn)時(shí)間很長或很短，或者需要同時(shí)獲得多種數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)收集器能夠很容易的解決。如果能夠巧妙地組合搭配使用數(shù)據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)收集器來采集數(shù)據(jù)分析處理，使學(xué)生能夠有更多的時(shí)間在分析處理數(shù)據(jù)，找尋其中的規(guī)律。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)都是傳統(tǒng)課堂無法演示的實(shí)驗(yàn)。有了數(shù)字化傳感器后，能夠?qū)⒉豢筛兄淖兂煽筛兄?。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)只能讓學(xué)生看顏色變化，用了數(shù)字化儀器后可以直觀地看到壓強(qiáng)的變化，顏色轉(zhuǎn)變對(duì)透光率的影響。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看到醋酸鈉的水解反應(yīng)與醋酸與氫氧化鈉的中和反應(yīng)之間具有微妙的可逆性，因?yàn)殛P(guān)系到放熱和吸熱，所以必須要用到溫度傳感器，通過計(jì)算算出溫度對(duì)反應(yīng)的影響，進(jìn)而使學(xué)生得出溫度方面的正逆向反應(yīng)互斥的結(jié)論。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)是典型的溶解與析出平衡，因?yàn)槿芙舛扰c溫度密切相關(guān)，所以需要對(duì)溶液濁度進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)，需要對(duì)溫度進(jìn)行跟蹤，同時(shí)檢測(cè)溶液中氧含量對(duì)平衡速率及時(shí)間的影響。

同時(shí)通過這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作和要求可以看出數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究技術(shù)對(duì)廣大的化學(xué)教師可以說是提出了一個(gè)更加嚴(yán)苛的要求。我們可以從以下幾方面來分析：（1）從課堂教學(xué)與教師專業(yè)水平關(guān)系看，要求教師能夠教會(huì)學(xué)生使用（最好能獨(dú)立使用）數(shù)字化儀器進(jìn)行感興趣的化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)；（2）從課程與教學(xué)的關(guān)系看，要求教師善于從生活、社會(huì)及教科書中挖掘能運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)探究與解決的化學(xué)問題；（3）從學(xué)生與教師的關(guān)系看，要求教師主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化儀器進(jìn)行探究解決各類問題，對(duì)于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力是有促進(jìn)作用的；（4）從教學(xué)與自我認(rèn)識(shí)的關(guān)系看，反思型的教師可以使自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不斷地成熟，理論不斷完善，有利于今后對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的研究與探索。對(duì)于學(xué)科教學(xué)而言，這有助于廣大化學(xué)教師提高自身的素養(yǎng)，使學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)過程有機(jī)融合，提高自己的教學(xué)設(shè)計(jì)能力、課題開發(fā)與研究的能力、促進(jìn)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的能力等。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)極大程度地改變了學(xué)生過多依賴教師的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在新的學(xué)習(xí)環(huán)境中利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)從多渠道獲得所需數(shù)據(jù)信息，提高了學(xué)生的質(zhì)疑能力、動(dòng)手能力等。當(dāng)然，這是需要一定前提條件的，即學(xué)生需要具有符合學(xué)習(xí)要求的學(xué)習(xí)策略、獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的精神、善于獲取知識(shí)的自學(xué)能力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠快捷方便的測(cè)定數(shù)據(jù)，并以圖表的形式直觀地呈現(xiàn)整個(gè)探究過程。在此過程中，學(xué)生對(duì)圖像變化的觀察與理解及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件做出合理的調(diào)整，并在調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案或控制探究變量的過程中引導(dǎo)自己走向更深層次的學(xué)習(xí)。

數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力方面起到較好的推動(dòng)作用，當(dāng)然在實(shí)際的運(yùn)用中，這種方式培養(yǎng)學(xué)生探究能力時(shí)存在許多難以回避和克服的實(shí)際問題。從教師的角度看，一線的許多教師仍然青睞“黑板+粉筆”的教學(xué)模式，在心理上畏懼?jǐn)?shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)；一少部分教師雖然掌握了相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)技術(shù)，但是限于自身專業(yè)水平，不善于運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，不能夠很好地融合到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和相關(guān)課題的研究中。

就學(xué)生這個(gè)角度而言，他們大部分都早已經(jīng)習(xí)慣于“聽著”學(xué)化學(xué)，在題海里做題學(xué)化學(xué)，面對(duì)如何在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，產(chǎn)生深深的畏懼心理而不知所措。

從選題的角度看，現(xiàn)有的教科書中并無現(xiàn)成的探究案例可循，如果想要充分發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的功能，就要求教師和學(xué)生對(duì)日常生活中出現(xiàn)的有關(guān)問題共同探討，提出有意義的課題；而課題的選擇與確定，則要求師生平日里多觀察留心，要具備較強(qiáng)的概括能力，能夠概括提出發(fā)現(xiàn)的問題，這在目前具有很大的操作難度。

從課時(shí)的角度看，一般學(xué)校化學(xué)周課時(shí)為2～3課時(shí)；借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器學(xué)進(jìn)行化學(xué)研究性學(xué)習(xí)則會(huì)比較耗時(shí)，對(duì)于這一問題要妥善處理好是有難度的。

從推廣的角度看，雖然在我國發(fā)達(dá)地區(qū)的少數(shù)中學(xué)中，不少學(xué)校還運(yùn)用它開設(shè)了一系列的校本課程，在日常教學(xué)與研究性的學(xué)習(xí)中又積極地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)探究能力，具有象征性，從教育的廣泛意義上來說取得了一定的成效。但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的具體應(yīng)用依然還處于起步的階段，還有很大的前景可以作為，也有許多的實(shí)際問題等待解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部基礎(chǔ)教育司.走進(jìn)新課程：與課程實(shí)施者對(duì)話.北京：北京師范大學(xué)出版社，2002：125-126.

[2]錢揚(yáng)義.手持技術(shù)在理科實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)研制組.化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004：212-213.

編輯 魯翠紅