數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)高中化學(xué)教學(xué)中的合理應(yīng)用

李琳

摘要：針對(duì)城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象，以人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，深入探討強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)；高中化學(xué)教學(xué)；合理應(yīng)用

文章編號(hào)：1008-0546（2014）07-0082-03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

課程改革對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)教育，有兩個(gè)主流的科學(xué)教育觀點(diǎn)：“做中學(xué)”科學(xué)，“科學(xué)學(xué)習(xí)與生活結(jié)合”。課改強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，伴隨教育改革的迫切需要，中學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的全面整合，適合于中學(xué)理科新教材，能夠完成新教材要求的數(shù)字化物理、化學(xué)、生物等各學(xué)科實(shí)驗(yàn)。

筆者所在的學(xué)校地處城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，學(xué)校在落實(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，近年投資建成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室3個(gè)。但實(shí)驗(yàn)室建成至今，使用次數(shù)寥寥無(wú)幾。是什么原因?qū)е聰?shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象呢？

1. 教學(xué)觀念落后

課改強(qiáng)調(diào)交流、合作、探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂中的主體性，師生雖然表面上也承認(rèn)這些能力對(duì)于終生發(fā)展的重要性，但在高考的指揮棒下，仍舊是把考試和成績(jī)看得最為重要。在這一現(xiàn)實(shí)目標(biāo)的影響下，為了省事省時(shí)，將寶貴的教學(xué)時(shí)間用在 “刀刃”上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就不可能真正地被重視起來(lái)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室更像是一個(gè)花瓶，它的裝飾功能大于實(shí)際作用。

2. 師資力量薄弱

這里的師資力量，不是指?jìng)鹘y(tǒng)的教學(xué)師資，而是能跟上時(shí)代發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)、不斷自我提升和發(fā)展的教師力量。

我?；瘜W(xué)教師骨干力量主要集中在40歲左右，最年輕的31歲，最年長(zhǎng)的56歲，年齡段相對(duì)偏大，據(jù)筆者了解只有其中年紀(jì)較輕的兩三位教師對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)媒體有所了解。實(shí)驗(yàn)室建成之時(shí)，并未對(duì)在?；瘜W(xué)教師進(jìn)行全面系統(tǒng)的培訓(xùn)。

3. 宣傳力度不夠

筆者對(duì)我校高中生進(jìn)行隨機(jī)尋訪，近80%的學(xué)生不知道數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，也沒(méi)有去過(guò)學(xué)校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的空白程度之大，一方面是他們的認(rèn)知水平和知識(shí)層面尚未涉及，另一原因是學(xué)校和任課教師對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的了解和宣傳介紹并不到位。學(xué)生不知道這是用來(lái)干什么的，更不會(huì)主動(dòng)提出在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室上化學(xué)課。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，有不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的信息工具儀器，如傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等。通過(guò)對(duì)各種傳感器的應(yīng)用，結(jié)合數(shù)據(jù)和曲線，學(xué)生可以直接觀察實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從數(shù)據(jù)中體驗(yàn)化學(xué)微觀世界的變化，幫助學(xué)生從定性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變到定量思維。高中化學(xué)教材特別是選修教材中有很多抽象問(wèn)題是可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行定量分析的，筆者以人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例。

一、課題設(shè)計(jì)背景

人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中，弱電解質(zhì)的電離是重要章節(jié)。教材在處理強(qiáng)、弱電解質(zhì)的不同時(shí)，采用了鹽酸、醋酸的兩組對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)表1），旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，構(gòu)建強(qiáng)、弱電解質(zhì)的概念，并對(duì)二者進(jìn)行本質(zhì)上的區(qū)分。

［實(shí)驗(yàn)3-1］分別試驗(yàn)等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條的反應(yīng)；并測(cè)這兩種酸的pH。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論：

1.相同條件下，鎂條與酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)都是與溶液中的H+反應(yīng)，c（H+）決定反應(yīng)速率的快慢，說(shuō)明同體積、同濃度的鹽酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中鹽酸比醋酸易電離。

2.相同物質(zhì)的量濃度的鹽酸比醋酸的pH小，說(shuō)明鹽酸電離程度比醋酸大。

強(qiáng)、弱電解質(zhì)是兩個(gè)宏觀概念，而電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是離子之間的反應(yīng)，將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子聯(lián)系起來(lái)，教學(xué)中需要借助“電離”。該實(shí)驗(yàn)本身對(duì)于理論本質(zhì)的闡釋是存在局限性的，例如：⑴要說(shuō)明鹽酸在水中是完全電離，必須解決的問(wèn)題：1mol/L鹽酸所測(cè)pH換算為c（H+）是多少？c（H+）與鹽酸濃度是否相等？怎樣解釋原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？與醋酸濃度的大小關(guān)系？怎樣從電離程度解釋其原因？

高二學(xué)生在經(jīng)過(guò)一年的化學(xué)學(xué)習(xí)之后，雖然已經(jīng)初步具備一定思維、分析的能力，但由于“強(qiáng)、弱電解質(zhì)的電離”內(nèi)容的理論性和抽象性較強(qiáng)，要解釋清楚 “完全電離”和“部分電離”，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然能觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象，卻很難進(jìn)行定量化處理，學(xué)生仍舊無(wú)法透徹理解二者的區(qū)別。

二、設(shè)計(jì)思路

1. 課標(biāo)分解

課標(biāo)要求：“能描述弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡”，課標(biāo)的分解、細(xì)化、整合如表2。

2. 教法分析

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的介入，作為傳統(tǒng)教學(xué)的輔助，有著他自身的不可替代性。本節(jié)課的教學(xué)方式是分組實(shí)驗(yàn)，注重小組成員間的交流討論、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。在進(jìn)入本節(jié)課的中心環(huán)節(jié)之前，筆者給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定情境氛圍。弱電解質(zhì)的概念學(xué)生并不陌生，可啟發(fā)學(xué)生通過(guò)以往所學(xué)自行設(shè)計(jì)一些方法對(duì)強(qiáng)弱電解質(zhì)加以驗(yàn)證，激起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和探索欲，在對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)給予評(píng)價(jià)之后，再將問(wèn)題深入：強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離是微觀理論，微觀可以以宏觀形式來(lái)表現(xiàn)，從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)設(shè)計(jì)方案，四人為一小組進(jìn)行合作和討論，讓每一位學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，充分發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性。有了傳統(tǒng)方式和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的相互輔佐，強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離這一抽象內(nèi)容即變得具體和直觀，學(xué)生更容易接受，也能與此同時(shí)體驗(yàn)嘗試新的實(shí)驗(yàn)手段探索知識(shí)的快樂(lè)。

3. 教學(xué)準(zhǔn)備

儀器：電腦、數(shù)據(jù)提存器、pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、燒杯、量筒、pH試紙。

藥品：1mol/L鹽酸、1mol/L醋酸、蒸餾水、鎂條。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境：現(xiàn)有兩瓶無(wú)色液體，一瓶是1mol/L鹽酸，一瓶是1mol/L醋酸，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合以往所學(xué)考慮該如何鑒別？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，探討出以下鑒別方法：

1. 用干燥的玻璃棒分別蘸取兩種溶液，點(diǎn)在pH試紙上對(duì)比顏色；

2. 聞氣味；

3. 取等體積的樣品于干凈的小試管中，放入相同大小的鎂條，觀察放出氣體的快慢情況；

……

分組實(shí)驗(yàn)：課本［實(shí)驗(yàn)3-1］

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析得出結(jié)論：造成現(xiàn)象不同的原因是溶液中氫離子濃度的不同，由此引出強(qiáng)弱電解質(zhì)電離程度的不同。情境創(chuàng)設(shè)以舊引新，起點(diǎn)不高，可以很快地讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，接著過(guò)渡至是否可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從新角度來(lái)鑒別同濃度的鹽酸和醋酸，因?yàn)橛辛虽亯|，學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和探索欲望都比較高，課堂氛圍逐漸變得輕松活躍。

（二）運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)鑒別同濃度鹽酸和醋酸

學(xué)生活動(dòng)流程（見(jiàn)圖1）：

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（表3、圖2、圖3）

四、教學(xué)反思

比較兩酸酸性強(qiáng)弱，用pH試紙和鎂條，宏觀現(xiàn)象明顯，簡(jiǎn)單易操作，但是在幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)微觀概念方面，沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐，說(shuō)服力不強(qiáng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的運(yùn)用，解決了中學(xué)實(shí)驗(yàn)定性不定量的局限性，通過(guò)數(shù)字、圖像的讀取，強(qiáng)化了對(duì)于抽象知識(shí)點(diǎn)理解。高中生擁有對(duì)新鮮事物的好奇心理，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種全新的嘗試，讓他們接觸到了除試管、燒杯以外更能與時(shí)代接軌的實(shí)驗(yàn)器材和操作，激發(fā)了學(xué)生探索的興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作與處理數(shù)據(jù)的能力。

當(dāng)然，鑒于高中所學(xué)內(nèi)容的深度、廣度以及學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平，我們還不能做到與世界最前沿的科技接軌，只能讓學(xué)生盡可能對(duì)于基本數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作熟知并熟練掌握。由于教師與學(xué)生接觸數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)教學(xué)媒體的使用不太熟悉，在時(shí)間的分配上還有待于調(diào)整，讓課堂的每一分鐘都用在實(shí)處。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （實(shí)驗(yàn)）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)反應(yīng)原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

endprint

摘要：針對(duì)城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象，以人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，深入探討強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)；高中化學(xué)教學(xué)；合理應(yīng)用

文章編號(hào)：1008-0546（2014）07-0082-03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

課程改革對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)教育，有兩個(gè)主流的科學(xué)教育觀點(diǎn)：“做中學(xué)”科學(xué)，“科學(xué)學(xué)習(xí)與生活結(jié)合”。課改強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，伴隨教育改革的迫切需要，中學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的全面整合，適合于中學(xué)理科新教材，能夠完成新教材要求的數(shù)字化物理、化學(xué)、生物等各學(xué)科實(shí)驗(yàn)。

筆者所在的學(xué)校地處城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，學(xué)校在落實(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，近年投資建成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室3個(gè)。但實(shí)驗(yàn)室建成至今，使用次數(shù)寥寥無(wú)幾。是什么原因?qū)е聰?shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象呢？

1. 教學(xué)觀念落后

課改強(qiáng)調(diào)交流、合作、探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂中的主體性，師生雖然表面上也承認(rèn)這些能力對(duì)于終生發(fā)展的重要性，但在高考的指揮棒下，仍舊是把考試和成績(jī)看得最為重要。在這一現(xiàn)實(shí)目標(biāo)的影響下，為了省事省時(shí)，將寶貴的教學(xué)時(shí)間用在 “刀刃”上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就不可能真正地被重視起來(lái)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室更像是一個(gè)花瓶，它的裝飾功能大于實(shí)際作用。

2. 師資力量薄弱

這里的師資力量，不是指?jìng)鹘y(tǒng)的教學(xué)師資，而是能跟上時(shí)代發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)、不斷自我提升和發(fā)展的教師力量。

我?；瘜W(xué)教師骨干力量主要集中在40歲左右，最年輕的31歲，最年長(zhǎng)的56歲，年齡段相對(duì)偏大，據(jù)筆者了解只有其中年紀(jì)較輕的兩三位教師對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)媒體有所了解。實(shí)驗(yàn)室建成之時(shí)，并未對(duì)在?；瘜W(xué)教師進(jìn)行全面系統(tǒng)的培訓(xùn)。

3. 宣傳力度不夠

筆者對(duì)我校高中生進(jìn)行隨機(jī)尋訪，近80%的學(xué)生不知道數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，也沒(méi)有去過(guò)學(xué)校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的空白程度之大，一方面是他們的認(rèn)知水平和知識(shí)層面尚未涉及，另一原因是學(xué)校和任課教師對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的了解和宣傳介紹并不到位。學(xué)生不知道這是用來(lái)干什么的，更不會(huì)主動(dòng)提出在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室上化學(xué)課。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，有不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的信息工具儀器，如傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等。通過(guò)對(duì)各種傳感器的應(yīng)用，結(jié)合數(shù)據(jù)和曲線，學(xué)生可以直接觀察實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從數(shù)據(jù)中體驗(yàn)化學(xué)微觀世界的變化，幫助學(xué)生從定性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變到定量思維。高中化學(xué)教材特別是選修教材中有很多抽象問(wèn)題是可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行定量分析的，筆者以人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例。

一、課題設(shè)計(jì)背景

人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中，弱電解質(zhì)的電離是重要章節(jié)。教材在處理強(qiáng)、弱電解質(zhì)的不同時(shí)，采用了鹽酸、醋酸的兩組對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)表1），旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，構(gòu)建強(qiáng)、弱電解質(zhì)的概念，并對(duì)二者進(jìn)行本質(zhì)上的區(qū)分。

［實(shí)驗(yàn)3-1］分別試驗(yàn)等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條的反應(yīng)；并測(cè)這兩種酸的pH。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論：

1.相同條件下，鎂條與酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)都是與溶液中的H+反應(yīng)，c（H+）決定反應(yīng)速率的快慢，說(shuō)明同體積、同濃度的鹽酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中鹽酸比醋酸易電離。

2.相同物質(zhì)的量濃度的鹽酸比醋酸的pH小，說(shuō)明鹽酸電離程度比醋酸大。

強(qiáng)、弱電解質(zhì)是兩個(gè)宏觀概念，而電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是離子之間的反應(yīng)，將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子聯(lián)系起來(lái)，教學(xué)中需要借助“電離”。該實(shí)驗(yàn)本身對(duì)于理論本質(zhì)的闡釋是存在局限性的，例如：⑴要說(shuō)明鹽酸在水中是完全電離，必須解決的問(wèn)題：1mol/L鹽酸所測(cè)pH換算為c（H+）是多少？c（H+）與鹽酸濃度是否相等？怎樣解釋原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？與醋酸濃度的大小關(guān)系？怎樣從電離程度解釋其原因？

高二學(xué)生在經(jīng)過(guò)一年的化學(xué)學(xué)習(xí)之后，雖然已經(jīng)初步具備一定思維、分析的能力，但由于“強(qiáng)、弱電解質(zhì)的電離”內(nèi)容的理論性和抽象性較強(qiáng)，要解釋清楚 “完全電離”和“部分電離”，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然能觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象，卻很難進(jìn)行定量化處理，學(xué)生仍舊無(wú)法透徹理解二者的區(qū)別。

二、設(shè)計(jì)思路

1. 課標(biāo)分解

課標(biāo)要求：“能描述弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡”，課標(biāo)的分解、細(xì)化、整合如表2。

2. 教法分析

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的介入，作為傳統(tǒng)教學(xué)的輔助，有著他自身的不可替代性。本節(jié)課的教學(xué)方式是分組實(shí)驗(yàn)，注重小組成員間的交流討論、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。在進(jìn)入本節(jié)課的中心環(huán)節(jié)之前，筆者給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定情境氛圍。弱電解質(zhì)的概念學(xué)生并不陌生，可啟發(fā)學(xué)生通過(guò)以往所學(xué)自行設(shè)計(jì)一些方法對(duì)強(qiáng)弱電解質(zhì)加以驗(yàn)證，激起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和探索欲，在對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)給予評(píng)價(jià)之后，再將問(wèn)題深入：強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離是微觀理論，微觀可以以宏觀形式來(lái)表現(xiàn)，從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)設(shè)計(jì)方案，四人為一小組進(jìn)行合作和討論，讓每一位學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，充分發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性。有了傳統(tǒng)方式和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的相互輔佐，強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離這一抽象內(nèi)容即變得具體和直觀，學(xué)生更容易接受，也能與此同時(shí)體驗(yàn)嘗試新的實(shí)驗(yàn)手段探索知識(shí)的快樂(lè)。

3. 教學(xué)準(zhǔn)備

儀器：電腦、數(shù)據(jù)提存器、pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、燒杯、量筒、pH試紙。

藥品：1mol/L鹽酸、1mol/L醋酸、蒸餾水、鎂條。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境：現(xiàn)有兩瓶無(wú)色液體，一瓶是1mol/L鹽酸，一瓶是1mol/L醋酸，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合以往所學(xué)考慮該如何鑒別？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，探討出以下鑒別方法：

1. 用干燥的玻璃棒分別蘸取兩種溶液，點(diǎn)在pH試紙上對(duì)比顏色；

2. 聞氣味；

3. 取等體積的樣品于干凈的小試管中，放入相同大小的鎂條，觀察放出氣體的快慢情況；

……

分組實(shí)驗(yàn)：課本［實(shí)驗(yàn)3-1］

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析得出結(jié)論：造成現(xiàn)象不同的原因是溶液中氫離子濃度的不同，由此引出強(qiáng)弱電解質(zhì)電離程度的不同。情境創(chuàng)設(shè)以舊引新，起點(diǎn)不高，可以很快地讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，接著過(guò)渡至是否可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從新角度來(lái)鑒別同濃度的鹽酸和醋酸，因?yàn)橛辛虽亯|，學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和探索欲望都比較高，課堂氛圍逐漸變得輕松活躍。

（二）運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)鑒別同濃度鹽酸和醋酸

學(xué)生活動(dòng)流程（見(jiàn)圖1）：

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（表3、圖2、圖3）

四、教學(xué)反思

比較兩酸酸性強(qiáng)弱，用pH試紙和鎂條，宏觀現(xiàn)象明顯，簡(jiǎn)單易操作，但是在幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)微觀概念方面，沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐，說(shuō)服力不強(qiáng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的運(yùn)用，解決了中學(xué)實(shí)驗(yàn)定性不定量的局限性，通過(guò)數(shù)字、圖像的讀取，強(qiáng)化了對(duì)于抽象知識(shí)點(diǎn)理解。高中生擁有對(duì)新鮮事物的好奇心理，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種全新的嘗試，讓他們接觸到了除試管、燒杯以外更能與時(shí)代接軌的實(shí)驗(yàn)器材和操作，激發(fā)了學(xué)生探索的興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作與處理數(shù)據(jù)的能力。

當(dāng)然，鑒于高中所學(xué)內(nèi)容的深度、廣度以及學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平，我們還不能做到與世界最前沿的科技接軌，只能讓學(xué)生盡可能對(duì)于基本數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作熟知并熟練掌握。由于教師與學(xué)生接觸數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)教學(xué)媒體的使用不太熟悉，在時(shí)間的分配上還有待于調(diào)整，讓課堂的每一分鐘都用在實(shí)處。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （實(shí)驗(yàn)）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)反應(yīng)原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

endprint

摘要：針對(duì)城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象，以人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，深入探討強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)；高中化學(xué)教學(xué)；合理應(yīng)用

文章編號(hào)：1008-0546（2014）07-0082-03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

課程改革對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)教育，有兩個(gè)主流的科學(xué)教育觀點(diǎn)：“做中學(xué)”科學(xué)，“科學(xué)學(xué)習(xí)與生活結(jié)合”。課改強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維、問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，伴隨教育改革的迫切需要，中學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的全面整合，適合于中學(xué)理科新教材，能夠完成新教材要求的數(shù)字化物理、化學(xué)、生物等各學(xué)科實(shí)驗(yàn)。

筆者所在的學(xué)校地處城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，學(xué)校在落實(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，近年投資建成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室3個(gè)。但實(shí)驗(yàn)室建成至今，使用次數(shù)寥寥無(wú)幾。是什么原因?qū)е聰?shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后現(xiàn)象呢？

1. 教學(xué)觀念落后

課改強(qiáng)調(diào)交流、合作、探究，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂中的主體性，師生雖然表面上也承認(rèn)這些能力對(duì)于終生發(fā)展的重要性，但在高考的指揮棒下，仍舊是把考試和成績(jī)看得最為重要。在這一現(xiàn)實(shí)目標(biāo)的影響下，為了省事省時(shí)，將寶貴的教學(xué)時(shí)間用在 “刀刃”上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就不可能真正地被重視起來(lái)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室更像是一個(gè)花瓶，它的裝飾功能大于實(shí)際作用。

2. 師資力量薄弱

這里的師資力量，不是指?jìng)鹘y(tǒng)的教學(xué)師資，而是能跟上時(shí)代發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)、不斷自我提升和發(fā)展的教師力量。

我校化學(xué)教師骨干力量主要集中在40歲左右，最年輕的31歲，最年長(zhǎng)的56歲，年齡段相對(duì)偏大，據(jù)筆者了解只有其中年紀(jì)較輕的兩三位教師對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)媒體有所了解。實(shí)驗(yàn)室建成之時(shí)，并未對(duì)在校化學(xué)教師進(jìn)行全面系統(tǒng)的培訓(xùn)。

3. 宣傳力度不夠

筆者對(duì)我校高中生進(jìn)行隨機(jī)尋訪，近80%的學(xué)生不知道數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，也沒(méi)有去過(guò)學(xué)校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的空白程度之大，一方面是他們的認(rèn)知水平和知識(shí)層面尚未涉及，另一原因是學(xué)校和任課教師對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的了解和宣傳介紹并不到位。學(xué)生不知道這是用來(lái)干什么的，更不會(huì)主動(dòng)提出在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室上化學(xué)課。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，有不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的信息工具儀器，如傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等。通過(guò)對(duì)各種傳感器的應(yīng)用，結(jié)合數(shù)據(jù)和曲線，學(xué)生可以直接觀察實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從數(shù)據(jù)中體驗(yàn)化學(xué)微觀世界的變化，幫助學(xué)生從定性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變到定量思維。高中化學(xué)教材特別是選修教材中有很多抽象問(wèn)題是可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行定量分析的，筆者以人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中“強(qiáng)弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例。

一、課題設(shè)計(jì)背景

人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中，弱電解質(zhì)的電離是重要章節(jié)。教材在處理強(qiáng)、弱電解質(zhì)的不同時(shí)，采用了鹽酸、醋酸的兩組對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)表1），旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，構(gòu)建強(qiáng)、弱電解質(zhì)的概念，并對(duì)二者進(jìn)行本質(zhì)上的區(qū)分。

［實(shí)驗(yàn)3-1］分別試驗(yàn)等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條的反應(yīng)；并測(cè)這兩種酸的pH。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論：

1.相同條件下，鎂條與酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)都是與溶液中的H+反應(yīng)，c（H+）決定反應(yīng)速率的快慢，說(shuō)明同體積、同濃度的鹽酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中鹽酸比醋酸易電離。

2.相同物質(zhì)的量濃度的鹽酸比醋酸的pH小，說(shuō)明鹽酸電離程度比醋酸大。

強(qiáng)、弱電解質(zhì)是兩個(gè)宏觀概念，而電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是離子之間的反應(yīng)，將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子聯(lián)系起來(lái)，教學(xué)中需要借助“電離”。該實(shí)驗(yàn)本身對(duì)于理論本質(zhì)的闡釋是存在局限性的，例如：⑴要說(shuō)明鹽酸在水中是完全電離，必須解決的問(wèn)題：1mol/L鹽酸所測(cè)pH換算為c（H+）是多少？c（H+）與鹽酸濃度是否相等？怎樣解釋原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？與醋酸濃度的大小關(guān)系？怎樣從電離程度解釋其原因？

高二學(xué)生在經(jīng)過(guò)一年的化學(xué)學(xué)習(xí)之后，雖然已經(jīng)初步具備一定思維、分析的能力，但由于“強(qiáng)、弱電解質(zhì)的電離”內(nèi)容的理論性和抽象性較強(qiáng)，要解釋清楚 “完全電離”和“部分電離”，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然能觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象，卻很難進(jìn)行定量化處理，學(xué)生仍舊無(wú)法透徹理解二者的區(qū)別。

二、設(shè)計(jì)思路

1. 課標(biāo)分解

課標(biāo)要求：“能描述弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡”，課標(biāo)的分解、細(xì)化、整合如表2。

2. 教法分析

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的介入，作為傳統(tǒng)教學(xué)的輔助，有著他自身的不可替代性。本節(jié)課的教學(xué)方式是分組實(shí)驗(yàn)，注重小組成員間的交流討論、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。在進(jìn)入本節(jié)課的中心環(huán)節(jié)之前，筆者給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定情境氛圍。弱電解質(zhì)的概念學(xué)生并不陌生，可啟發(fā)學(xué)生通過(guò)以往所學(xué)自行設(shè)計(jì)一些方法對(duì)強(qiáng)弱電解質(zhì)加以驗(yàn)證，激起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和探索欲，在對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)給予評(píng)價(jià)之后，再將問(wèn)題深入：強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離是微觀理論，微觀可以以宏觀形式來(lái)表現(xiàn)，從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)設(shè)計(jì)方案，四人為一小組進(jìn)行合作和討論，讓每一位學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，充分發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性。有了傳統(tǒng)方式和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的相互輔佐，強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離這一抽象內(nèi)容即變得具體和直觀，學(xué)生更容易接受，也能與此同時(shí)體驗(yàn)嘗試新的實(shí)驗(yàn)手段探索知識(shí)的快樂(lè)。

3. 教學(xué)準(zhǔn)備

儀器：電腦、數(shù)據(jù)提存器、pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、燒杯、量筒、pH試紙。

藥品：1mol/L鹽酸、1mol/L醋酸、蒸餾水、鎂條。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境：現(xiàn)有兩瓶無(wú)色液體，一瓶是1mol/L鹽酸，一瓶是1mol/L醋酸，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合以往所學(xué)考慮該如何鑒別？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，探討出以下鑒別方法：

1. 用干燥的玻璃棒分別蘸取兩種溶液，點(diǎn)在pH試紙上對(duì)比顏色；

2. 聞氣味；

3. 取等體積的樣品于干凈的小試管中，放入相同大小的鎂條，觀察放出氣體的快慢情況；

……

分組實(shí)驗(yàn)：課本［實(shí)驗(yàn)3-1］

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析得出結(jié)論：造成現(xiàn)象不同的原因是溶液中氫離子濃度的不同，由此引出強(qiáng)弱電解質(zhì)電離程度的不同。情境創(chuàng)設(shè)以舊引新，起點(diǎn)不高，可以很快地讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，接著過(guò)渡至是否可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從新角度來(lái)鑒別同濃度的鹽酸和醋酸，因?yàn)橛辛虽亯|，學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和探索欲望都比較高，課堂氛圍逐漸變得輕松活躍。

（二）運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)鑒別同濃度鹽酸和醋酸

學(xué)生活動(dòng)流程（見(jiàn)圖1）：

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（表3、圖2、圖3）

四、教學(xué)反思

比較兩酸酸性強(qiáng)弱，用pH試紙和鎂條，宏觀現(xiàn)象明顯，簡(jiǎn)單易操作，但是在幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)微觀概念方面，沒(méi)有數(shù)據(jù)支撐，說(shuō)服力不強(qiáng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的運(yùn)用，解決了中學(xué)實(shí)驗(yàn)定性不定量的局限性，通過(guò)數(shù)字、圖像的讀取，強(qiáng)化了對(duì)于抽象知識(shí)點(diǎn)理解。高中生擁有對(duì)新鮮事物的好奇心理，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種全新的嘗試，讓他們接觸到了除試管、燒杯以外更能與時(shí)代接軌的實(shí)驗(yàn)器材和操作，激發(fā)了學(xué)生探索的興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作與處理數(shù)據(jù)的能力。

當(dāng)然，鑒于高中所學(xué)內(nèi)容的深度、廣度以及學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平，我們還不能做到與世界最前沿的科技接軌，只能讓學(xué)生盡可能對(duì)于基本數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作熟知并熟練掌握。由于教師與學(xué)生接觸數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)教學(xué)媒體的使用不太熟悉，在時(shí)間的分配上還有待于調(diào)整，讓課堂的每一分鐘都用在實(shí)處。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （實(shí)驗(yàn)）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)反應(yīng)原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

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