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

尤永

【摘 要】數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就是依靠計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、傳感器等儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)改變了教師傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)理念，規(guī)范了教師實(shí)驗(yàn)的行為，實(shí)現(xiàn)了中學(xué)化學(xué)教學(xué)的新革命。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù) 中學(xué)化學(xué) 教學(xué)應(yīng)用

隨著數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中廣泛應(yīng)用和較為成熟的研究，也推動(dòng)了其在初中化學(xué)中的逐步應(yīng)用，越來(lái)越多的初中化學(xué)教師開(kāi)始學(xué)習(xí)、研究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并嘗試在教學(xué)中應(yīng)用，并取得了一定的成就。

一、化學(xué)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)校的優(yōu)點(diǎn)

在化學(xué)試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)一般都會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，為了保障學(xué)生的安全，這就要求學(xué)校在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中配備通風(fēng)櫥。但是就目前來(lái)看，大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室都沒(méi)有通風(fēng)櫥。開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)通風(fēng)櫥沒(méi)有要求，從而降低了學(xué)校實(shí)驗(yàn)的成本。此外，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果操作稍有不當(dāng)，就會(huì)造成爆炸或者是毒氣泄漏，從而引發(fā)安全事故，但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)基本上不會(huì)對(duì)學(xué)生的安全造成威脅。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)

在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以動(dòng)手進(jìn)行操作，并且可以反復(fù)地對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行探究，分析實(shí)驗(yàn)的原理，掌握化學(xué)儀器的組裝，并在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。此外，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)時(shí)，學(xué)生不必來(lái)回穿梭于實(shí)驗(yàn)室，在課堂中就可以完成對(duì)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，既方便又快捷。

3.數(shù)字化教學(xué)對(duì)教師的優(yōu)點(diǎn)

由于一些學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、不健全，無(wú)法使學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，只能以畫(huà)圖的方式進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如此一來(lái)，課堂氣氛就會(huì)顯得很沉悶，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到良好的教學(xué)效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠使學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐操作，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。此外，對(duì)于錯(cuò)誤操作的演示實(shí)驗(yàn)，無(wú)法在課堂上或者是試驗(yàn)中進(jìn)行演示，但是通過(guò)多媒體，可以使學(xué)生觀看到錯(cuò)誤操作所帶來(lái)的后果，從而對(duì)學(xué)生起到一定的警示作用，告誡學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能犯同樣的錯(cuò)誤。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以通過(guò)多媒體進(jìn)行反復(fù)操作，不僅不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，而且在反復(fù)實(shí)驗(yàn)中，會(huì)加深學(xué)生對(duì)化學(xué)原理的掌握，從而達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1.化隱為顯

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有很多我們觀察不到的隱性變化，如密閉裝置中氣壓的改變、氣體含量的變化、一些沒(méi)有明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，常見(jiàn)的有以下這幾個(gè)例子：①“手捂法”檢查氣密性的原理；②呼出氣體中氧氣、二氧化碳的含量；③稀鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)；④二氧化碳和水反應(yīng)、二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)。而通過(guò)手?jǐn)?shù)字化實(shí)驗(yàn)我們可以通過(guò)數(shù)據(jù)和曲線將這些隱性的東西顯現(xiàn)出來(lái)，化抽象為具體，使原本需要學(xué)生憑想象的東西通過(guò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在眼前。以“呼出氣體二氧化碳、氧氣含量為例”，很多學(xué)生誤以為呼出氣體中沒(méi)有氧氣或者只有很少的氧氣，通過(guò)氧氣傳感器可以測(cè)出呼出氣體中還含有較多的氧氣，并且呼吸的深淺不同，氧氣的含量也不同，如下圖所示，從而使學(xué)生對(duì)呼出氣體中的氣體含量有了更深入、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

2.定性到定量

初中化學(xué)的很多探究活動(dòng)停留在定性的層面上，如對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的快慢比較，往往是通過(guò)產(chǎn)生氣泡的快慢粗略的判斷，定量測(cè)定——比較相同時(shí)間內(nèi)收集到的氣體體積多少，實(shí)際操作起來(lái)也特別麻煩。利用壓力傳感器可以快速、精確解決化學(xué)反應(yīng)速率比較這一類問(wèn)題。以“影響酸和金屬反應(yīng)快慢的影響因素”為例，在兩只大小相同的試管中分別加入等量但大小不同的鎂，再分別加入5mL相同濃度的鹽酸，用壓力傳感器測(cè)試管內(nèi)的壓力變化，通過(guò)顯示的數(shù)據(jù)可以直觀看出鎂的顆粒越小，反應(yīng)速率越快。

3.由點(diǎn)到過(guò)程

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，我們往往關(guān)注的是反應(yīng)前后的點(diǎn)，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以幫助我們深入到反應(yīng)的過(guò)程。以酸堿中和反應(yīng)為例，在一定濃度的稀鹽酸中逐滴滴入氫氧化鈉溶液，可以采集到連續(xù)的pH變化的數(shù)據(jù)、形成曲線（如下圖所示），真實(shí)反應(yīng)了整個(gè)反應(yīng)過(guò)程，學(xué)生加深了對(duì)中和反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也有助于提高學(xué)生的數(shù)據(jù)和圖形的分析和處理能力，為高中進(jìn)一步認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的滴定打下基礎(chǔ)。手持技術(shù)加深了初中化學(xué)科學(xué)探究的深度和廣度。

4.現(xiàn)象明顯化

有些化學(xué)現(xiàn)象不太明顯，需要用大量的藥品才能達(dá)到很好的演示效果，如溶解時(shí)的吸熱、放熱現(xiàn)象、中和反應(yīng)放熱。可以手持技術(shù)較為靈敏，可以感受到細(xì)微的變化，并顯示出數(shù)據(jù)，在用很少藥品的情況下便能達(dá)到較好效果。下圖為用溫度傳感器測(cè)出的在鹽酸中逐滴加入氫氧化鈉溶液時(shí)，溶液的溫度變化。

總之，選擇使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該顯示出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)以及必要性，數(shù)字化試驗(yàn)比較適合用在那些過(guò)程比較復(fù)雜的要采集的數(shù)據(jù)比較多的數(shù)據(jù)處理中計(jì)算量比較大的實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用應(yīng)注意不能濫用，九年級(jí)化學(xué)處于啟蒙階段，適當(dāng)?shù)臄?shù)字化實(shí)驗(yàn)可以錦上添花，但過(guò)度追求現(xiàn)代化、數(shù)字化，處處定量實(shí)驗(yàn)，反而會(huì)使學(xué)生覺(jué)得化學(xué)很深?yuàn)W，失去學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。