楊伏勇

摘 ? ?要： 數(shù)字化實驗技術(shù)有效應用于中學化學教學，有助于激發(fā)學生的學習積極性，提高學生的實驗探究、圖表數(shù)據(jù)處理和問題解決能力。本文以“弱電解質(zhì)的電離平衡”的教學片段為例，充分運用數(shù)字化實驗技術(shù)，基于學生對實驗的分析，有效突破教學的重難點內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字化實驗技術(shù) ? ?弱電解質(zhì) ? ?電離平衡 ? ?影響因素

數(shù)字化實驗技術(shù)（又稱手持技術(shù)）作為一種先進的實驗技術(shù)手段，由于其可以借助眾多類型的傳感器（如溫度、壓強、電導率等）進行實時的數(shù)據(jù)采集和分析，將實驗結(jié)果直觀、動態(tài)地展示出來，其應用范圍越來越廣。將數(shù)字化實驗技術(shù)應用于中學化學課堂教學，有助于激發(fā)學生學習興趣，提高學生的數(shù)據(jù)分析能力，有效突破教學中的難點內(nèi)容，促進學生的認知發(fā)展。

魯科版《化學反應原理》[1]選修模塊第3章第2節(jié)“弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解”的第1課時《弱電解質(zhì)的電離》一節(jié)中，“影響電離平衡的外界因素”是本節(jié)的教學重難點之一。傳統(tǒng)的教學注重對影響因素的理論分析，學生往往感覺內(nèi)容較難理解且較為枯燥。本研究應用數(shù)字化實驗技術(shù)探究影響電離平衡的外界因素，將理論與實驗相結(jié)合，激發(fā)學生好奇心，讓學生在探究實驗中獲得直觀、動態(tài)的數(shù)據(jù)，在教師引導下通過對實驗數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，進而自主完成該知識體系的建構(gòu)。

一、教學片段及評析

“影響電離平衡的外界因素”片段的教學設(shè)計以新課程理念為指導，基于數(shù)字化實驗技術(shù)設(shè)置多個實驗探究活動，充分運用問題教學法，教師組織、引導學生通過實驗數(shù)據(jù)分析、得出相關(guān)結(jié)論，建構(gòu)相關(guān)知識體系。

1.溫度的影響

教學設(shè)計思路：

探究實驗一：（1）連接計算機、數(shù)據(jù)采集器及pH傳感器（含電極）、溫度傳感器。打開計算機

（2）用蒸餾水淋洗pH傳感器電極，并用濾紙吸干附著在電極上的水。向100ml燒杯中加入約0.1mol·L的醋酸溶液20ml。

（3）將pH傳感器和溫度傳感器電極放入燒杯中，使玻璃環(huán)完全浸入液面以下。待pH和溫度傳感器穩(wěn)定后，系統(tǒng)將自動顯示0.1mol·L的醋酸溶液的pH值和溫度。

（4）打開磁力攪拌器，開啟加熱功能，記錄隨著溫度的升高，每隔3攝氏度，溶液的pH變化。

實驗數(shù)據(jù)：

圖1 ? ?0.1mol/L的醋酸溶液的pH值隨溫度的變化

問題探究：（1）0.1mol·L的醋酸溶液的pH值隨溫度的變化呈現(xiàn)怎樣的趨勢？

（2）運用平衡移動原理解釋溫度對電離平衡的影響。

問題解決：在教師引導下，學生通過討論得出相關(guān)結(jié)論。

醋酸溶液的pH值隨著溫度的升高呈現(xiàn)減小的趨勢，其酸性增強。醋酸的電離平衡受溫度的影響，溫度升高促進了醋酸的電離，由此可知醋酸的電離過程為吸熱過程。

總結(jié)提升：教師引導學生由個體到一般得出溫度對弱電解質(zhì)電離平衡的影響。

評析：通過數(shù)字化實驗技術(shù)將溫度對醋酸pH的影響，直觀、動態(tài)的展示在學生面前，激發(fā)學生探究欲望，緊接著通過兩個問題探究，讓學生在互相討論中自然得出溫度對醋酸電離的影響，進而拓展到一般弱電解質(zhì)。過程之中充分體現(xiàn)學生學習主體地位，鍛煉學生圖像分析及解釋說理能力等。

2.濃度的影響

教學設(shè)計思路：

探究實驗二：（1）向250ml燒杯中用酸式滴定管加入約0.1mol·的醋酸溶液10ml，將pH傳感器電極放入燒杯中，使玻璃環(huán)完全浸入液面以下。待pH傳感器穩(wěn)定后，系統(tǒng)將自動顯示0.1mol·L的醋酸溶液的pH值。

（2）打開“組合圖線”，添加“t-pH”圖線，向燒杯中迅速加入90ml蒸餾水，系統(tǒng)將自動記錄混合溶液的pH隨時間變化的曲線。

（3）用酸式滴定管移取0.1mol·L的醋酸溶液10.00ml，轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中，加水稀釋至刻度線。向100ml燒杯中加入上述稀釋后的醋酸溶液20ml，測定pH值。

實驗數(shù)據(jù)：

圖2 ? ?0.1mol·L的醋酸溶液加水稀釋過程pH隨時間的變化

表1 ? ?相關(guān)溶液的pH數(shù)據(jù)

問題探究：

（1）0.1mol·L的醋酸溶液加水稀釋過程中pH呈現(xiàn)怎樣的趨勢？

（2）結(jié)合表1數(shù)據(jù)分析濃度對醋酸電離平衡的影響。

問題解決：在教師引導下，學生通過討論得出相關(guān)結(jié)論。

0.1mol·L的醋酸溶液隨著蒸餾水的不斷加入，其pH越來越大，酸性變?nèi)酢Ｍㄟ^鹽酸和醋酸溶液稀釋10倍其pH的變化異同可以知道，若醋酸的電離平衡不發(fā)生移動，則0.01mol·L的醋酸的pH應為3.86，而事實是3.28，pH的變化相比鹽酸較小，可以推出在此過程中醋酸的電離被促進了。

總結(jié)提升：推而廣之，弱電解質(zhì)的濃度越小，其電離程度越大。

評析：濃度對弱電解質(zhì)電離平衡的影響是本節(jié)教學的一個難點，傳統(tǒng)的理論分析學生很難接受的是：為什么濃度越小，醋酸的pH越大，酸性減弱，其電離程度卻是增大的。本研究中通過數(shù)字化實驗技術(shù)實時得出圖像和客觀數(shù)據(jù)，引導學生通過鹽酸和醋酸稀釋過程中pH數(shù)據(jù)的分析，讓學生逐步構(gòu)建濃度對醋酸電離平衡的影響，從而有效突破該難點。

3.同離子效應的影響

教學設(shè)計思路：

探究實驗三：取上述0.1mol·L的醋酸溶液20ml，按實驗二操作測定其pH值;再向其中加入約1g的醋酸銨固體，充分攪拌后，按實驗二操作測定其pH值。

實驗數(shù)據(jù)：

表2 ? ?相關(guān)溶液的pH數(shù)據(jù)

問題探究：已知醋酸銨固體在水溶液中為中性，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析醋酸銨的加入對醋酸電離平衡的影響？

問題解決：在教師引導下，學生通過討論得出相關(guān)結(jié)論：

由于醋酸銨溶液顯中性，排除了自身pH對醋酸溶液pH的影響，由此可以推出應該是醋酸根的引入，使得溶液中醋酸根離子的濃度增大，從而抑制醋酸的電離平衡，使溶液中氫離子濃度下降，從而引起pH的升高。

總結(jié)提升：同離子效應抑制弱電解質(zhì)的電離平衡。

評析：此處巧妙引入醋酸銨這種在水溶液中顯中性的物質(zhì)，測其加入前后醋酸溶液的pH，討論其加入對醋酸電離平衡的影響。學生結(jié)合醋酸銨的特點及實驗數(shù)據(jù)，很容易從化學平衡原理的角度分析其對弱電解質(zhì)電離的影響。

二、教學小結(jié)

本教學片斷，教師充分運用數(shù)字化實驗技術(shù)，以三個探究實驗為線索，引導學生通過圖表和數(shù)據(jù)分析，逐步推出影響電離平衡的三個外因，有效突破該節(jié)課的教學重難點。整節(jié)課的教學，充分體現(xiàn)了教學過程應以教師為主導、學生為主體的教學模式，在教學過程中學生具有較強的好奇心和探究欲，學生的圖像、數(shù)據(jù)分析能力、自主討論、說理能力都得到有效提升。可以說，數(shù)字化實驗技術(shù)充分應用于中學化學教學更有助于課堂教學三維目標的實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]北京師范大學國家基礎(chǔ)教育課程標準實驗教材總編委會組編.普通高中化學課程標準實驗教科書（化學反應原理選修）[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2011：7.