張亞輝

摘要：本文主要介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用方法。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以更加直觀的去呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，能把復(fù)雜的理論知識數(shù)字化，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)的變化中體驗(yàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化;這樣能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更加積極地參與到課堂中。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn);化學(xué)教學(xué);離子反應(yīng)

1.引言

實(shí)驗(yàn)是解決化學(xué)問題的有效途徑，在化學(xué)的學(xué)習(xí)中，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)必須要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重定性分析，定量實(shí)驗(yàn)大多課堂上用灌輸方法一帶而過，這使得學(xué)生在解決定量問題顯得能力不足。本課題的主要目的就是基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與常規(guī)課堂結(jié)合，充分利用數(shù)字化傳感器進(jìn)行探究式教學(xué)的研究，進(jìn)而能深化學(xué)生的化學(xué)探究學(xué)習(xí)。

相對于傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)為：（1）能夠更加形象化的通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化（2）能夠非常及時(shí)的采集數(shù)據(jù)大大提高實(shí)驗(yàn)效率，并且提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有效（3）能夠及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過程中的微小變化和瞬間變化，發(fā)散實(shí)驗(yàn)的研究范圍。本論文主要借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)探究高中化學(xué)一些常見實(shí)驗(yàn)，把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到化學(xué)教學(xué)中，探索數(shù)字化與普通化學(xué)課堂教學(xué)相互整合的方法。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要借助于數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的相關(guān)組件完成數(shù)據(jù)的采集與處理。由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍奖阊杆俚厥占黝愇锢?、化學(xué)、生物等數(shù)據(jù)（如：位移、溫度、光強(qiáng)度、聲音、pH等），因此可以廣泛的應(yīng)用于理科實(shí)驗(yàn)中。數(shù)字化技術(shù)是一種高科技、現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)工具，是實(shí)驗(yàn)改革和發(fā)展的有效手段。它具有許多實(shí)驗(yàn)工具無法替代的有點(diǎn)，如：數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測、動態(tài)直觀、綜合分析、時(shí)效性強(qiáng)等，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究提供的廣闊的發(fā)展平臺。

目前國內(nèi)除了基于數(shù)字化的試驗(yàn)開發(fā)與改進(jìn)研究外，部分研究已經(jīng)深入到了學(xué)生的認(rèn)知領(lǐng)域。但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的發(fā)展還存在不足，比如在中學(xué)甚至高校中的應(yīng)用不廣泛、不深入，教師和學(xué)生對其認(rèn)知程度有待提高，尤其是從理論層面探討數(shù)字化技術(shù)教學(xué)研究方法以及系統(tǒng)探查學(xué)生概念學(xué)習(xí)方面的研究過少。

3.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單、操作方便、精準(zhǔn)度高，具有廣泛的教學(xué)應(yīng)用價(jià)值。無論是在定性實(shí)驗(yàn)，還是在定量實(shí)驗(yàn)中，都可以利用數(shù)字化技術(shù)的諸多特點(diǎn)來幫助學(xué)生有效的通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)去理解化學(xué)概念與原理。本實(shí)驗(yàn)以“ 0.01mol/L的H₂SO₄滴定0.01mol/L的Ba（OH）₂”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行探索。

3.1利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測定滴定過程中電導(dǎo)率的變化

3.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

隨著H₂SO₄的滴加，溶液電導(dǎo)率的變化從而推測發(fā)生發(fā)生的離子反應(yīng)。

3.1.2實(shí)驗(yàn)原理

H₂SO₄與Ba（OH）₂的反應(yīng)是溶液中離子濃度減小的反應(yīng)，離子濃度減小則導(dǎo)電能力減弱;在恰好1：1反應(yīng)時(shí)電導(dǎo)率接近零。

3.1.3實(shí)驗(yàn)藥品與裝置

（1）儀器：電導(dǎo)率傳感器（1個）、網(wǎng)線（1根）、數(shù)據(jù)采集器（平板1臺）、酸式滴定管（1支）、玻璃棒（1根）、燒杯（2個）、帶滴定管夾的鐵架臺（1個）、盛蒸餾水的洗瓶（1個）、濾紙

（2）藥品：0.01mol/L的H₂SO₄、0.01mol/L的Ba（OH）₂溶液

3.1.4實(shí)驗(yàn)步驟

（1）加酸液：關(guān)閉酸式滴定管下端旋塞，將0.01mol/L的H₂SO₄裝入酸式滴定管至0刻度線以上，將酸式滴定管固定于滴定管夾上。

（2）加堿液：電導(dǎo)率傳感器的探頭用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干表面水分，豎直放置于燒杯內(nèi)一側(cè)，加入0.01mol/L Ba（OH）₂溶液至浸沒傳感器探頭。

（3）連接：用網(wǎng)線將平板與電導(dǎo)率傳感器相連（傳感器量程選擇HI：0-30000us/cm，傳感器上紅色按鈕按下表示已選上），打開平板上的SWR ilab v8.0圖標(biāo)→點(diǎn)擊“是”→教材通用實(shí)驗(yàn)→新建實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集主頁面，點(diǎn)擊左下角第一個圖標(biāo)→選擇電導(dǎo)率（前為√表示已選上）→點(diǎn)擊右下角設(shè)置時(shí)間5min，時(shí)間間隔100毫秒

（5）滴定：點(diǎn)擊平板左下角第6個按鈕（開始按鈕）→打開酸式滴定管下端旋塞，將H₂SO₄緩緩滴入盛有Ba（OH）₂溶液的燒杯中，邊滴邊用玻璃棒不斷攪拌燒杯內(nèi)溶液。

（注意：使流下的液體盡可能遠(yuǎn)離傳感器，以保證電導(dǎo)率數(shù)值測定平穩(wěn)）

（6）保存數(shù)據(jù)：觀察平板上電導(dǎo)率隨時(shí)間變化的曲線圖。滴定完成，點(diǎn)擊平板右下方的保存按鈕，命名并保存圖像。

（7）儀器清洗：將電導(dǎo)率傳感器用蒸餾水沖洗，再用濾紙吸干傳感器表面的水分，裝入保護(hù)液中。

3.1.6? 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以直觀的感受到在反應(yīng)的過程當(dāng)中離子濃度的變化，使學(xué)生更加形象、深刻的理解了離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

4.結(jié)論

本文將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和化學(xué)課堂教學(xué)相結(jié)合，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)得出直觀、準(zhǔn)確的結(jié)論，可使教學(xué)過程更加生動，并能提高學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到更好的教學(xué)效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入化學(xué)教學(xué)中既體現(xiàn)了探究過程是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，又充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性，使學(xué)生在教學(xué)過程中處于主體地位，有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力。

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★ 本文系2021年鶴壁市教育科研課題“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究”之成果，課題批準(zhǔn)號：2021-JKLX-107