對(duì)高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的探索

陳先富

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.19.149

摘 要 分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，探索高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用方法與技巧，提升高中化學(xué)教學(xué)實(shí)效，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰托畔⒓夹g(shù)水平。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）19-0149-02

1 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

在化學(xué)教學(xué)中利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，主要還是由于其具有的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)起來(lái)有三點(diǎn)。1）安全性高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到很多有毒藥品，給學(xué)生構(gòu)成安全隱患，有可能引發(fā)安全事故，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。2）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不僅可以操作，還可以讓學(xué)生反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，使學(xué)生能夠更快地掌握所學(xué)知識(shí)。3）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于教師開(kāi)展化學(xué)教學(xué)。很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材不足，有的實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法開(kāi)展，只能畫(huà)圖或者說(shuō)教，這樣的教學(xué)效果可想而知。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的反復(fù)操作不僅不會(huì)浪費(fèi)器材，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐研究

利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)難點(diǎn) 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)一些特殊的實(shí)驗(yàn)做出的效果不是很好，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫伢w現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的效果，并能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。對(duì)于教學(xué)中難以理解的概念和原理，通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)解釋，變得簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)論也更清晰，學(xué)生理解也更透徹。如在講解“酒精燈火焰溫度的變化”時(shí)，在課堂上對(duì)學(xué)生說(shuō)得最多的是加熱要用外焰，外焰的溫度高，這樣加熱就快。缺乏數(shù)據(jù)的支持，學(xué)生只能記住教師的話，顯然沒(méi)有深入理解。引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)很容易解決這些問(wèn)題，用溫度傳感器在酒精燈的外焰、內(nèi)焰和焰心測(cè)量一下就能說(shuō)明問(wèn)題了，在實(shí)驗(yàn)中得出這些數(shù)據(jù)更具有說(shuō)服力，學(xué)生的印象也比較深刻。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決不了的問(wèn)題，提升了化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。充分利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、傳感器、系統(tǒng)軟件等，這樣化學(xué)實(shí)驗(yàn)就變得具有綜合性，利用學(xué)生研究性和探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)綜合能力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題的解決也凸顯了其實(shí)用性和前瞻性，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)注入活力，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更高效。

利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)探究學(xué)習(xí) 利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而促進(jìn)學(xué)生探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中利用計(jì)算機(jī)與軟件系統(tǒng)，可以對(duì)傳感器在變化過(guò)程中獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這也是做實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的控制。為此，利用對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析，這里包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、曲線擬合、誤差計(jì)算等，甚至可以改變實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，就為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了探究的環(huán)境，讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識(shí)形成的過(guò)程，觀察能力、分析和解決問(wèn)題的能力得到提升。

比如利用酸堿指示劑的色變來(lái)判定中和滴定的終點(diǎn)，這樣做的結(jié)果誤差大，誤差計(jì)算也很復(fù)雜，而且無(wú)法觀察到滴定過(guò)程中pH值的變化過(guò)程。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)助推學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們把pH傳感器放入到標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)定就可以了，然后用蒸餾水洗滌pH傳感器，放入待測(cè)液體中，把采集的pH值傳遞給計(jì)算機(jī)，用系統(tǒng)軟件進(jìn)行運(yùn)算。這樣就能清晰地得到酸堿點(diǎn)滴中pH值的實(shí)時(shí)變化，避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的誤差和煩瑣的計(jì)算。學(xué)生的探究過(guò)程也更簡(jiǎn)潔，嘗試到探究的快樂(lè)。

3 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合需要慎重考慮，合理安排。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是從數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，注重學(xué)生探究過(guò)程；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，注重具體操作和儀器的使用方法，從現(xiàn)象得出結(jié)論。它們都具有一定的優(yōu)勢(shì)，如果把兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，必定能發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功效，從而助推化學(xué)高效課堂，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)它們可以互為支撐，有利于完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

比如在進(jìn)行“氨的制取”實(shí)驗(yàn)時(shí)，NH4Cl與Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生氣體。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生無(wú)法感受到通過(guò)儀器傳遞過(guò)來(lái)的氣味，這時(shí)候就需要靠近儀器親自聞一下。氨氣是比較容易溶于水的氣體，如果想要使氨氣溢出，需要采取加熱的方法。那么在加熱過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)生過(guò)程進(jìn)行仔細(xì)觀察，會(huì)體會(huì)更深。學(xué)生通過(guò)進(jìn)行“氨的制取”實(shí)驗(yàn)，利用平衡的計(jì)算方法，總結(jié)寫(xiě)出方程式“2NH4Cl+Ca（OH）2 CaCl2+2NH3↑+2H2O”，從而更容易理解不同反應(yīng)物和生成物的比例。這就是把傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)生發(fā)散思維，增強(qiáng)學(xué)生的思考和觀察能力，使學(xué)生的計(jì)算能力和推導(dǎo)能力得到培養(yǎng)和提升，促使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)效果更佳。

4 整合各種資源，優(yōu)化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝備，有了這些硬件資源，才能開(kāi)啟數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)可視化，從而促進(jìn)學(xué)生觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理，找出物質(zhì)的真相。實(shí)驗(yàn)裝備以硬件配備以及各種軟件更新為依托。要在現(xiàn)有的條件下，對(duì)資源進(jìn)行充分整合，優(yōu)化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，多方位培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手操作能力和思考問(wèn)題總結(jié)問(wèn)題的能力。在進(jìn)行整合資源的過(guò)程中，發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的功能與作用，進(jìn)行兩點(diǎn)嘗試。

1）配備和完善硬件設(shè)施及其應(yīng)用軟件。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的有利保證就是實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)裝備，進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)更離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝備的有力支持。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括開(kāi)放式軟件系統(tǒng)、智能接口、在線系統(tǒng)或離線系統(tǒng)等應(yīng)用軟件；多媒體實(shí)驗(yàn)常用軟件如Flash、PPT等；傳感器實(shí)驗(yàn)常用DataStudio數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；經(jīng)常用到的仿真實(shí)驗(yàn)軟件有多種，如COREL Chemlab等。實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備包括各種實(shí)驗(yàn)器材，如溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、電子白板、pH值傳感器、電流傳感器、投影儀等。這些硬件和軟件就構(gòu)成開(kāi)展化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和條件。

2）實(shí)驗(yàn)資料的配備，包含了教學(xué)影片、教學(xué)案例以及實(shí)驗(yàn)資料光盤(pán)，還可以通過(guò)學(xué)術(shù)期刊和、教材教案等教學(xué)輔助工具查找實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)與資料。另外可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料的自主研發(fā)，根據(jù)教學(xué)過(guò)程中的需要，自制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的微視頻和實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖片，將收集的實(shí)驗(yàn)圖片制作成實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)，以增強(qiáng)學(xué)生的復(fù)習(xí)欲望，將錄制的微視頻制作成實(shí)驗(yàn)課件，以供教學(xué)和復(fù)習(xí)參考。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)充實(shí)化學(xué)課堂，從而拓展化學(xué)探究的空間，增強(qiáng)化學(xué)教學(xué)的實(shí)效。

總之，改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，引進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用，助推了高中化學(xué)高效課堂，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)，為他們創(chuàng)設(shè)良好的探究環(huán)境，同時(shí)也促進(jìn)他們動(dòng)手操作，直觀觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得出正確的結(jié)論，增強(qiáng)了教學(xué)效果。■

參考文獻(xiàn)

[1]陳琛，姚如富，邵忠德，等.數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].化學(xué)教育，2015（1）：29-33.

[2]李娜.讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)（DIS）走進(jìn)化學(xué)課堂[J].教育教學(xué)論壇，2015（21）：259-260.