數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

崔文瑜

一、研究背景

信息技術(shù)與學(xué)科課程整合已經(jīng)成為當(dāng)前國際基礎(chǔ)教育改革的趨勢(shì)與潮流。數(shù)字化傳感技術(shù)作為一種新型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)工具，具有便攜性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、綜合性、直觀性等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了它會(huì)對(duì)科學(xué)教育產(chǎn)生重大的影響和幫助。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們需要不斷地更新教育理念，依托新的教育技術(shù)來進(jìn)行教育改革。在化學(xué)教學(xué)過程中，數(shù)字化傳感技術(shù)不僅僅是一種單一的技術(shù)手段，而應(yīng)該成為教學(xué)創(chuàng)新的支點(diǎn)?；跀?shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的探究學(xué)習(xí)過程可以增加學(xué)生合作交流的機(jī)會(huì)，學(xué)生利用傳感實(shí)驗(yàn)得到的定量數(shù)據(jù)，可以自我建構(gòu)對(duì)化學(xué)理論的理解。

二、研究意義

數(shù)字化傳感技術(shù)作為一種利用現(xiàn)代電子數(shù)碼科技進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法，使用方便快捷，且準(zhǔn)確度較高，深受教師和學(xué)生歡迎。將數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)與化學(xué)探究學(xué)習(xí)相結(jié)合，可以為探究學(xué)習(xí)和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提供新思路。

新的探究學(xué)習(xí)模式能有效地改變學(xué)生靜坐聽講、一味枯燥地被動(dòng)接受知識(shí)的局面，引導(dǎo)學(xué)生感受高新科技時(shí)代的氣息，增強(qiáng)他們探究科學(xué)問題的興趣和求知欲。讓學(xué)生用科學(xué)探究的方式獲得知識(shí)和體驗(yàn)科學(xué)探究的步驟、過程，培養(yǎng)他們科學(xué)探究的能力和對(duì)科學(xué)探究的理解力。

三、數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

與動(dòng)畫模擬和教學(xué)課件這類信息技術(shù)相比，數(shù)字化傳感技術(shù)能夠深入化學(xué)知識(shí)內(nèi)部，更加直觀、定量和全面地輔助化學(xué)教學(xué)。目前，在化學(xué)上使用較多的傳感器有pH值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器等。

pH值傳感器是測量酸堿度的，可以表征溶液的氫離子濃度。一般可以用來測量反應(yīng)過程中的pH值變化。常見的反應(yīng)有酸堿中和反應(yīng);也可測量某種溶液的pH值，某種溶液不僅指化學(xué)藥品，也可是天然的蔬菜和水果，還可指示不同pH值條件下物質(zhì)的溶解或水解情況，如，硫酸鉛在不同pH值條件下的溶解。

溫度傳感器是用來測定溫度的。一般可以用來測反應(yīng)熱，如，酸堿中和反應(yīng)，也可用來測定某一物質(zhì)的溫度，如，酒精燈火焰;還可指示不同溫度下溶液中的電離情況，如，溫度對(duì)醋酸的電離度的影響。

電導(dǎo)率傳感器用來測量溶液的電導(dǎo)率，可以表征溶液中自由移動(dòng)離子的濃度變化。一般可以測定化學(xué)反應(yīng)過程中的電導(dǎo)率變化，如，酸堿滴定過程中的電導(dǎo)率變化;也可測量某一溶液的電導(dǎo)率，如，果蔬原電池電解液的電導(dǎo)率;還可通過換算得到化學(xué)反應(yīng)速率，如，乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定。

除了上述幾種傳感器，離子傳感器、光傳感器、溶解氧傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、電壓傳感器、色度計(jì)傳感器、電流傳感器和氣壓傳感器等在化學(xué)中也有應(yīng)用。

化學(xué)數(shù)字化傳感實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)測量手段多樣化。利用傳感技術(shù)，可以同時(shí)測量同一實(shí)驗(yàn)過程中的pH值、溫度、電導(dǎo)率等，可以做傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段做不好和做不出的實(shí)驗(yàn)，豐富實(shí)驗(yàn)測量的手段。

（2）實(shí)驗(yàn)過程可視化?？梢詫⒎磻?yīng)的過程以數(shù)據(jù)和曲線圖的形式展現(xiàn)，特別是對(duì)那些肉眼無法觀察到反應(yīng)是否發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，如，無色的離子反應(yīng)、氣體反應(yīng)等。

（3）化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程化?；瘜W(xué)傳感技術(shù)是將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為可檢測的物理信號(hào)通過計(jì)算機(jī)顯示出來，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以自動(dòng)、連續(xù)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過圖像、數(shù)據(jù)表格等形式動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地顯示化學(xué)實(shí)驗(yàn)的變化過程。

（4）實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果數(shù)字化。通過應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中收集到的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)公式計(jì)算、曲線擬合等數(shù)據(jù)處理，得出定量的數(shù)據(jù)表示實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果。

這四個(gè)特點(diǎn)中，前兩個(gè)特點(diǎn)的研究和應(yīng)用已經(jīng)較多，后兩個(gè)的研究還相對(duì)較少，而傳感實(shí)驗(yàn)的價(jià)值更多地體現(xiàn)在后兩點(diǎn)上。

編輯 王團(tuán)蘭