肖麗華

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)運(yùn)用于學(xué)科教學(xué)是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢，DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)是由各種傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)及配套軟件構(gòu)成的一種智能化系統(tǒng)，可用于真實實驗的數(shù)據(jù)采集及處理，并以數(shù)據(jù)表格、圖像或視頻的形式呈現(xiàn)實驗結(jié)果。這種較為先進(jìn)的多媒體技術(shù)會給高中化學(xué)教學(xué)帶來什么樣的幫助呢？

首先，DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)可以解決很多實驗教學(xué)中的疑難問題。在傳統(tǒng)的課堂演示實驗時，由于實驗器材相對較小，教師在前面做實驗，只有少數(shù)幾個學(xué)生能看清楚;若借助實物投影儀，選擇從左到右投影或從上到下投影，又由于受到空間、亮度等很多因素的影響，經(jīng)常得不到準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。為了克服演示實驗的種種弊端，教師們是各有奇招。例如，在化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生感受到鎂條與鹽酸反應(yīng)的放熱現(xiàn)象，往往是幾個同學(xué)湊在一起用手觸摸試管外壁來感受發(fā)燙的放熱結(jié)果，條件差的甚至一根試管傳遍整間教室，傳到最后一位同學(xué)時試管外壁已經(jīng)不熱了。即使這樣，也只感受到放熱這個實驗結(jié)果，沒有過程。DIS的溫度傳感器及配套設(shè)備就完全解決了這些問題，下面是實驗記錄的（部分）數(shù)據(jù)及圖像：

DIS記錄的數(shù)據(jù)及圖像不僅讓學(xué)生很直觀的“看到” 鎂條與鹽酸反應(yīng)的放熱，更可以根據(jù)圖像知道哪一階段反應(yīng)最劇烈、溫度上升的最快，反應(yīng)進(jìn)行到第幾秒停止溫度開始下降。DIS就是這樣將原本只能用手觸摸來感受到的放熱現(xiàn)象讓學(xué)生用肉眼“看”出來，將實驗過程數(shù)字化、外顯化，極大地擴(kuò)展了實驗的“可視性”。雖然實驗結(jié)束了，但稍縱即逝的實驗卻被永久地記錄了下來，學(xué)生可以反復(fù)的觀看、體會，直到領(lǐng)悟其精髓。

其次，DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以精準(zhǔn)得出計算結(jié)果，也可將學(xué)生從繁瑣的數(shù)據(jù)處理中解脫出來。例如：在講解醋酸的電離常數(shù)只與溫度有關(guān)而與濃度無關(guān)時，就要求學(xué)生計算出25⁰C時不同濃度醋酸的電離常數(shù)，這計算量是相當(dāng)大的，下面就以其中一個為例加以說明。已知25⁰C 1.00mol/LCH₃COOH溶液中，H⁺與CH₃COO^-的平衡濃度都為4.21×10^-3mol/L，求該溫度下CH₃COOH的電離常數(shù)。根據(jù)電離常數(shù)的計算公式，，要準(zhǔn)確計算出是比較困難的，為了減小計算量，常把分母代進(jìn)去算一個近似值，但有些學(xué)生卻覺得這樣算出的結(jié)果誤差大，不可信，此時就可借助于DIS的pH傳感器及系統(tǒng)的幫助。只要將預(yù)先配制好的不同濃度的醋酸溶液，通過pH傳感器將數(shù)據(jù)采集輸入電腦，并進(jìn)行一定的設(shè)置，系統(tǒng)就會自動顯示出溶液的pH和相應(yīng)的醋酸的電離常數(shù)，操作非常的簡單方便，為學(xué)生節(jié)省了大量寶貴的時間。

DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)極大拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。例如：驗證壓強(qiáng)對化學(xué)平衡：?的影響，增大壓強(qiáng)時氣體的顏色會先變深后變淺，由于肉眼很難觀察到顏色隨壓強(qiáng)的細(xì)小變化，就將這個對教學(xué)有幫助的化學(xué)實驗從教材中刪除了，這不得不說是件憾事。DIS的壓強(qiáng)傳感器可以探測出容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化，色度傳感器可以探測出混合氣體顏色的深淺，就輕松地解決了這個問題。DIS顯示出了增大壓強(qiáng)時平衡移動的動態(tài)的實驗過程，幫助我們更輕松地透過現(xiàn)象看清事物的本質(zhì)，從而得出更加科學(xué)的結(jié)論。再如：離子反應(yīng)始終是某些學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，混合體系中哪些離子反應(yīng)了、變少了，哪些離子沒有參加反應(yīng)，只要借助于DIS的離子選擇性電極就可一目了然。這樣的例子還有很多，DIS讓我們更深刻地揭示客觀世界隱藏的各種規(guī)律，讓我們對問題的解釋更加客觀貼切，極大拓展了學(xué)習(xí)的深度與廣度。

第四，許多研究性學(xué)習(xí)由于時空等各種條件的限度，缺乏實驗數(shù)據(jù)的支撐而顯得內(nèi)容單薄，便攜式DIS設(shè)備可以在戶外使用，可以讓學(xué)生和教師走出教室，到真實世界中進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。比如：研究學(xué)校周邊水的污染情況，或某一化工廠排放的廢水是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)等。因為要走出教室去做這些事，學(xué)生會覺得這就是在應(yīng)用所學(xué)的化學(xué)知識，感覺學(xué)習(xí)是很有用的，于是會更積極、更主動與同伴、與老師交流，設(shè)計、討論研究方案，更積極地參與到研究中來，而不是袖手旁觀看熱鬧。DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，也極大地擴(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

但是，DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)也不是萬能的，常見的傳感器也就只有幾種，這大大限制了DIS的應(yīng)用范圍;再者，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)也并不是一無是處，它在培養(yǎng)學(xué)生基本實驗?zāi)芰蛯嶒炈仞B(yǎng)方面得天獨(dú)厚，所以，DIS只是對學(xué)校教學(xué)和傳統(tǒng)實驗手段的補(bǔ)充和完善，不能完全替代傳統(tǒng)實驗，兩者可以取長補(bǔ)短，相輔相成。我們要結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實際情況，更合理地運(yùn)用DIS，充分發(fā)揮它對教學(xué)的優(yōu)化功能，逐步將其融入教學(xué)之中。

*福建省“十三五”中學(xué)化學(xué)學(xué)科帶頭人培養(yǎng)對象專項課題“DIS在高中化學(xué)教學(xué)拓展性運(yùn)用的案例研究”（課題批準(zhǔn)號XKHX2017002）階段研究成果之一