鄧華

摘 要：本文論述了應(yīng)用教學(xué)化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的方法。數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過加載智能化的傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實(shí)驗(yàn)分析軟件包構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具有精確性、準(zhǔn)確性、適時性和探究性的特點(diǎn)。它為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了全新的技術(shù)手段和平臺。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；實(shí)驗(yàn)室；高中化學(xué)

一、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使抽象原理實(shí)驗(yàn)化

一些化學(xué)原理由于受到傳統(tǒng)儀器功能的限制，得不到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可以將化學(xué)平衡移動原理、弱電解質(zhì)的電離平衡移動等理論性知識通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，有效突破了教學(xué)難點(diǎn)，提高了教學(xué)效益。例如，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動影響時，只能通過目測的方式進(jìn)行研究，不僅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，而且實(shí)驗(yàn)沒有真實(shí)感，導(dǎo)致學(xué)生沒有認(rèn)同感。將帶有壓強(qiáng)傳感器的注射器吸入NO2，用力向上拉注射器活塞，開始采集數(shù)據(jù)，可以得到壓強(qiáng)的變化曲線圖。拉動活塞時，壓強(qiáng)降低，由A點(diǎn)降到B點(diǎn)后略向上提升后又保持平穩(wěn)，說明平衡是向壓強(qiáng)增大的方向移動的；推動活塞，壓強(qiáng)增大，由C點(diǎn)升到D點(diǎn)后略向下降低后保持穩(wěn)定，說明平衡是向著壓強(qiáng)減小的方向移動的。借助數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使學(xué)生可以直觀地看到壓強(qiáng)變化對化學(xué)平衡移動的影響，更重要的是能輕松地理解勒夏特列原理中“減弱”的真正涵義，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法從現(xiàn)象到原理的遺憾，實(shí)現(xiàn)了理論知識實(shí)驗(yàn)化。

例如，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，激活學(xué)生的合作探究興趣。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)時，可以通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法來創(chuàng)設(shè)合作探究情景，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如：在Cu與稀 HN03實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，為了明顯地觀察到NO無色氣體，我們可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如下的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：取一個U型管，在合適的橡皮塞上扎入一根螺旋狀的銅條塞在U型管一端，往 U型管的另一端加入稀HNO3，至U型管的左側(cè)完全淹沒銅絲。這樣，可觀察到在銅絲附近有一段無色氣體柱。U行管左側(cè)產(chǎn)生液面下降，產(chǎn)生藍(lán)色液體，U型管右側(cè)液面上升。這種變化現(xiàn)象能夠激發(fā)學(xué)生的探究激情，也為他們的合作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

二、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使定量實(shí)驗(yàn)集成化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是集物理測量、制動控制、數(shù)據(jù)記錄、智能化數(shù)據(jù)分析和測量結(jié)果多模顯示等功能于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)儀器作為實(shí)驗(yàn)信息的產(chǎn)生者、傳播者、接受者和處理者的作用。例如，典型的定量實(shí)驗(yàn)酸堿中和滴定，實(shí)驗(yàn)過程中需要測量、記錄多個pH，還需要手工繪制突變曲線，完成此實(shí)驗(yàn)難度大、實(shí)驗(yàn)過程誤差大、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效益差。按照實(shí)驗(yàn)裝置，燒杯里加入20mL0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，上方的注射滴管中加入0.1000mol/L鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時、動態(tài)、直觀地轉(zhuǎn)化為突變曲線。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的集成化功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使學(xué)生從繁瑣、低效的實(shí)驗(yàn)操作中解脫出來，還能輕松地感受突變曲線的存在與動態(tài)生成，實(shí)現(xiàn)了定量實(shí)驗(yàn)的集成化，提升了實(shí)驗(yàn)效能。

三、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使定性實(shí)驗(yàn)定量化

一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該用數(shù)據(jù)描述的變化過程，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能用定性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡單的模糊驗(yàn)證或只能在理論上進(jìn)行闡述?，F(xiàn)在利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可以將鹽類水解程度強(qiáng)弱、化學(xué)反應(yīng)的快慢、熱效應(yīng)等定性實(shí)驗(yàn)直接轉(zhuǎn)化為直觀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，把原來的只能用現(xiàn)象模擬解釋的實(shí)驗(yàn)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，在研究MnO2條件下對不同濃度的H2O2分解的影響實(shí)驗(yàn)時，可以利用壓強(qiáng)傳感器將生成氣體的快慢通過壓強(qiáng)變化展示出來。在試管中加入2mL2%的雙氧水，5滴1mol/LFeCl3溶液，將連接好壓強(qiáng)傳感器的膠塞堵住試管口，觀察實(shí)驗(yàn)過程中氣壓的變化情況。在另一試管中加入2mL5%的雙氧水，5滴1mol/LFeCl3溶液，重復(fù)上面的操作，得到不同濃度下雙氧水分解過程中“壓強(qiáng)-時間”圖線。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使原本不能完成的實(shí)驗(yàn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，該技術(shù)為即時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了可能，使學(xué)生從量的角度認(rèn)識化學(xué)變化的本質(zhì)，化學(xué)的科學(xué)性得到了進(jìn)一步的彰顯。新穎的角度和新奇的實(shí)驗(yàn)也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)一步提升，解決了經(jīng)典傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法定量描述的困惑。

四、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可使科學(xué)探究實(shí)踐化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室集攜帶方便、操作簡單、數(shù)據(jù)處理功能先進(jìn)等特點(diǎn)，為師生進(jìn)行科學(xué)探究提供了一個很好的技術(shù)平臺。如利用二氧化碳傳感器、溶解氧傳感器、pH傳感器、濁度傳感器等進(jìn)行空氣質(zhì)量、水質(zhì)檢測等探究實(shí)驗(yàn)。這些科學(xué)探究有助于學(xué)生對環(huán)境污染、環(huán)境保護(hù)有更深刻的認(rèn)識，增強(qiáng)了科學(xué)的實(shí)踐性、應(yīng)用性。

總之，數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了全新的技術(shù)手段和平臺，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次革命性的發(fā)展，它使傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)入一個全新的現(xiàn)代信息化時代。它傳遞了以人為本的教育理念，讓學(xué)生感受了科技魅力，實(shí)踐了器為我用的教學(xué)宗旨。當(dāng)然，一切方法和手段都是為教學(xué)服務(wù)。數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和完善，需要廣大教師在實(shí)踐中共同探索，開發(fā)更多、更好的案例，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更廣闊的實(shí)踐思路，更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]倪建娥.新課程背景下高中化學(xué)生活化教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（06）：10～11.