劉艷

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，以實驗為主進(jìn)行科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式。自1978年美國人Robert Tinker設(shè)計并完成了第一個數(shù)字化實驗——萘的冷卻曲線開始，信息技術(shù)和化學(xué)教學(xué)已經(jīng)融合在一起，密不可分。近幾年，越來越多的國內(nèi)學(xué)校和老師開始認(rèn)識到數(shù)字化實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的作用，致力于將數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗有機(jī)結(jié)合，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解，創(chuàng)新教學(xué)模式，更新已有化學(xué)知識，改革實驗方法等 [1]。

與傳統(tǒng)實驗相比，數(shù)字化實驗為初三化學(xué)實驗教學(xué)和研究提供了更為廣闊的平臺。其優(yōu)點如下：

一、幫助學(xué)生對知識的理解記憶

初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中有很多抽象、難懂的記憶性內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，由于不理解，產(chǎn)生認(rèn)知障礙。數(shù)字化實驗是我們感官的延伸，能見原先之不可視，聽原先之不能聞，觸原先之不宜碰。數(shù)字化實驗可以實時動態(tài)地呈現(xiàn)實驗過程的變化，可以根據(jù)實驗需求將實驗數(shù)據(jù)以圖表或曲線等形式呈現(xiàn)出來，學(xué)生可以清晰直觀地觀察到實驗中的變化。在第七章學(xué)習(xí)“酸堿鹽”的化學(xué)知識時，老師都會講濃硫酸具有吸水性的特性，可誰也沒親眼見過濃硫酸在“吸水”，一直是采用老師講授、學(xué)生死記硬背的方式，缺乏說服力，時間一長，學(xué)生很容易遺忘或和其他物質(zhì)搞混。引進(jìn)數(shù)字化實驗技術(shù)，可以通過相對濕度傳感器（裝置見圖1） [2]，觀察空氣在濃硫酸環(huán)境下相對濕度的變化，讓學(xué)生能真正見到濃硫酸確實在“吸水”，讓沒有現(xiàn)象的實驗變得現(xiàn)象明顯，這既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有利于學(xué)生對知識的記憶。

空氣中氧氣含量測定的實驗是九年級化學(xué)的一個重要實驗，實驗中抽象的壓強(qiáng)變化一直是學(xué)生理解的難點。在以往的教學(xué)過程中教師只是從理論角度，紙上談兵式地分析壓強(qiáng)先升高后降低的整個過程。若將氣體壓力傳感器（見圖2） [3]引進(jìn)該實驗，不僅能夠?qū)鈮鹤兓詳?shù)據(jù)和圖像的“可視化”方式呈現(xiàn)出來，而且還可以定量測定紅磷燃燒前后密閉體系內(nèi)的壓強(qiáng)，進(jìn)而算出空氣中的氧氣含量。與傳統(tǒng)實驗（見圖3）相比，該實驗更準(zhǔn)確、直觀，使實驗結(jié)論的獲得與具體的情境和過程有機(jī)結(jié)合。

二、幫助學(xué)生深層次地學(xué)習(xí)化學(xué)知識

在新課標(biāo)的要求下，華南師大錢揚義教授于2009年首次提出“曲線表征”的定量分析方法，并構(gòu)建化學(xué)“四重表征”教學(xué)模式，包括宏觀表征、微觀表征、符號表征、曲線表征?！八闹乇碚鳌蹦Ｊ接欣趯W(xué)生從本質(zhì)上理解化學(xué)概念、反應(yīng)本質(zhì)和實驗原理。初中化學(xué)對復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件只要求停留在宏觀層次，即有氣體，或沉淀或水生成，而且該內(nèi)容還在書本“拓展視野”部分，這使得學(xué)生對酸堿鹽的化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)總感覺一知半解，不透徹。我們在講授該部分內(nèi)容時可以將宏觀和微觀相結(jié)合，先幫助學(xué)生理解復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的微觀本質(zhì)是溶液中自由移動的離子數(shù)目減少，再過渡到宏觀上的條件，真正做到從本質(zhì)上理解該知識，這也有利于學(xué)生高中段化學(xué)的學(xué)習(xí)。通過引進(jìn)電導(dǎo)率傳感器，實時監(jiān)測在化學(xué)反應(yīng)過程中溶液的導(dǎo)電性變化，通過導(dǎo)電性的減弱來驗證化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的微觀本質(zhì)。

三、幫助學(xué)生更新已有化學(xué)知識

長期以來，由于受到傳統(tǒng)化學(xué)儀器的限制和化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜性的影響，中學(xué)化學(xué)教材和老師的教學(xué)中常會出現(xiàn)一些含糊其辭，甚至錯誤的知識。例如：空氣中氧氣含量的測定的實驗應(yīng)選擇什么反應(yīng)？帶火星木條驗滿氧氣的方法科學(xué)嗎？鐵絲燃燒一定要在純氧中嗎？在密封容器中蠟燭熄滅是不是意味著氧氣沒有了，如果有氧氣，還有多少？收集CO2一定不能用排水法嗎？等等一系列大家似乎都知道答案的問題，通過采用數(shù)字化實驗，以其多類型的傳感器，多通道的數(shù)據(jù)采集器，測得的實驗結(jié)果往往與我們原先的認(rèn)知大相徑庭，這有利于教師在平時教學(xué)過程中及時糾正和更新化學(xué)知識。

數(shù)字化實驗以其直觀、便攜、實時、綜合、綠色的優(yōu)點，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)過程中的應(yīng)用深度和廣度也將不斷被拓展。正如唐增富（第一屆數(shù)字化實驗一等獎獲得者）老師所說，數(shù)字化實驗應(yīng)該研究如何更好地為學(xué)生服務(wù)，而不是為教學(xué)服務(wù)，為老師的科研服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏建華.數(shù)字化實驗與中學(xué)化學(xué)教學(xué)深度融合[M].安徽：安徽教育出版社，2016.

[2]唐增富.用數(shù)字化實驗演示濃硫酸的吸水性[J].化學(xué)教育，2011（6）：62.

[3]王壽紅.氣體壓力傳感器在“空氣中氧氣含量測定”實驗中的應(yīng)用[J].教學(xué)儀器與實驗，2014，30（8）：28-29.

編輯 張珍珍endprint