蔡群

摘 要：數(shù)字化實驗教學在實驗教學中應用廣泛，在化學學科中引入這種教學模式，教師能有效節(jié)省課堂時間，學生能更加細致看到實驗現(xiàn)象，學生的課堂表現(xiàn)會更加主動。文章通過教學案例的生動呈現(xiàn)，闡述數(shù)字化實驗在教學中的應用策略。

關鍵詞：數(shù)字化實驗;中學化學;酸堿中和反應;案例

中圖分類號：G633.8文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2019）07-0081-01

實驗教學法在化學課堂中已經(jīng)廣泛應用，數(shù)字化實驗教學也逐漸受到重視。在化學學科中引入數(shù)字化實驗教學模式，學生會更加精確地看到實驗現(xiàn)象，學生的課堂參與感會更加強烈。本文介紹數(shù)字化實驗對化學教學的影響，分析其優(yōu)點，強調其在化學教學中的必要性，最后通過教學案例，分享實驗教學中的經(jīng)驗，并給出相應建議。

一、數(shù)字化實驗教學概述

數(shù)字化實驗教學是將化學知識與多媒體技術相結合，將相應的化學數(shù)據(jù)通過相應的設備進行轉化，通過繪制圖紙、數(shù)據(jù)分析等過程呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象和結果。數(shù)字化實驗可以將肉眼觀察不到的現(xiàn)象以電子數(shù)據(jù)圖像呈現(xiàn)，從而方便學生們去歸納總結。它主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機處理軟件等幾個部分構成。在這些組成部件中，傳感器是最重要的部分，化學中常用pH傳感器、電導率傳感器、溫度傳感器等。利用這些傳感器，可以更加精確地測定實驗物質的物理或者化學性質的變化關系，隨后這些數(shù)據(jù)會被數(shù)據(jù)收集器直接傳送到計算機上，最后再通過計算機設計好的編程軟件處理，得到對應的圖像，然后讓學生去觀察、分析圖像，分析對應化學現(xiàn)象的變化。

二、數(shù)字化實驗的優(yōu)點

1.數(shù)字化實驗有利于節(jié)約課堂時間

相對于傳統(tǒng)的實驗教學方式，數(shù)字化實驗會大大縮短課堂的教學時間。因為傳感器的敏感度非常高，它能將很微弱的信號傳送到計算機上，教師只需要調整好坐標比例的大小，學生就能在投影儀上觀察到明顯的現(xiàn)象。例如，要探究小蘇打分解過程中堿性變化情況，就可以利用pH傳感器直接測定對應實時pH變化曲線，從而得出結果。值得注意的是，數(shù)字化實驗目前還不能讓大量學生去體驗，只能選個別學生去演示。學生演示過程能夠節(jié)省課堂時間，教師可以利用剩余的時間去分析圖形變化，讓學生直觀感受數(shù)據(jù)變化帶來的實驗變化情況，還可以讓學生觀察每一個分步驟的變化與總體變化之間的關系。

2.數(shù)字化實驗使實驗結果更加準確

數(shù)字化實驗的數(shù)據(jù)測量、收集以及處理過程都由對應儀器直接完成，相應的感應器、收集器以及計算機直接處理數(shù)據(jù)，這就減少了實驗誤差。繪制圖像也是通過編輯好的軟件直接進行，這樣也避免了實驗發(fā)生失誤。學生可以先根據(jù)實驗現(xiàn)象自己思考圖像的走勢，然后再和計算機進行對比，在這個過程中加深對現(xiàn)象變化規(guī)律的理解。

3.數(shù)字化實驗有利于調動學生學習的主動性

數(shù)字化實驗教學課堂區(qū)別于傳統(tǒng)的教學模式，它更加符合學生的探究心理，學生會非常專注于實驗中的每一個元素是如何變化的。學生能夠直觀看到在某個化學量改變的情況下另一個化學量是如何變化的，這樣就使學生課堂參與度大大提高，發(fā)揮學生的學習能動性。另外要注意一點，在課堂上教師進行實驗教學時一定要注意讓學生動手操作，利用傳感器去解決問題，不能只是教師一個人去完成所有操作，只有學生的積極參與才能發(fā)揮課堂的最大效益。

三、數(shù)字化實驗教學案例“測量酸堿中和反應”

教學設備：pH傳感器、溫度傳感器、10%鹽酸、10%氫氧化鈉，磁力攪拌器、100mL燒杯、250mL燒杯、海綿、酚酞溶液、數(shù)據(jù)收集器、計算器等。

儀器連接：將兩個燒杯放到一起，中間用海綿塞上并置于磁力攪拌器上，將pH傳感器、溫度傳感器插入小燒杯中，最后將感應器與收集器、計算機依次相連。

教學過程：

教師：同學們，我們已經(jīng)知道酸可以與堿發(fā)生反應，反應結束后對應指示劑會變色，但是我們還不明白在這個過程中它們的對應酸堿性是如何變化的，那現(xiàn)在我們來看一個實驗，感受一下酸堿中和反應的溫度以及酸堿性的變化。首先我先請一位同學，向小燒杯中加入20mL氫氧化鈉以及幾點酚酞指示劑，其他同學觀察溶液顏色變化。學生：溶液變成紅色，顯堿性。教師：請這位同學打開攪拌器開關，向溶液中緩慢滴加酸，我?guī)屯瑢W們打開了對應的軟件，請思考什么時候反應結束？學生：溶液變成無色時反應剛好結束。教師：實際上是不是這種情況？我們一起來驗證一下，請同學們記錄溶液變色的時間點。（教師調出pH變化的圖像，讓學生們找到對應的時間點驗證一下變成無色是否為反應結束。學生分析圖像，發(fā)現(xiàn)酚酞變成無色是在pH=8附近，并不是恰好呈中性。pH的變化曲線也是先微小變化，然后驟變，最后趨于穩(wěn)定）教師：再來觀察一下溫度的變化。（調出溫度變化曲線）學生：溫度隨著反應的進行逐漸升高，而當反應終止時溫度又慢慢下降。（在這個實驗過程中，學生理解了酸和堿反應過程中的溫度以及酸堿性的變化關系）

總之，數(shù)字化實驗教學能夠培養(yǎng)學生觀察總結的能力，并通過問題驅動幫助學生獨立思考、關注課堂。在這種模式下，化學課堂的實驗效果得到了增強，學生更全面地掌握了有關實驗現(xiàn)象和實驗結論。

參考文獻：

[1]王軍翔.追求飽含學科意義的中學化學教學[J].中學化學教學參考，2016（17）.

[2]陳琛，董雄輜，姚如富，姚成立，于博士.數(shù)字化實驗在化學教學中的應用研究[J].合肥師范學院學報，2018（03）.