基于數(shù)字信息化的高中化學(xué)實驗創(chuàng)新研究

鄧華

摘 要：本文論述了應(yīng)用教學(xué)化信息系統(tǒng)實驗室開展化學(xué)實驗創(chuàng)新的方法。數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室是在傳統(tǒng)實驗儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過加載智能化的傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實驗分析軟件包構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)，具有精確性、準(zhǔn)確性、適時性和探究性的特點。它為實驗創(chuàng)新提供了全新的技術(shù)手段和平臺。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；實驗室；高中化學(xué)

一、數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可使抽象原理實驗化

一些化學(xué)原理由于受到傳統(tǒng)儀器功能的限制，得不到實驗的驗證。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可以將化學(xué)平衡移動原理、弱電解質(zhì)的電離平衡移動等理論性知識通過實驗進行驗證，有效突破了教學(xué)難點，提高了教學(xué)效益。例如，用傳統(tǒng)實驗研究壓強對化學(xué)平衡移動影響時，只能通過目測的方式進行研究，不僅實驗現(xiàn)象不明顯，而且實驗沒有真實感，導(dǎo)致學(xué)生沒有認同感。將帶有壓強傳感器的注射器吸入NO2，用力向上拉注射器活塞，開始采集數(shù)據(jù)，可以得到壓強的變化曲線圖。拉動活塞時，壓強降低，由A點降到B點后略向上提升后又保持平穩(wěn)，說明平衡是向壓強增大的方向移動的；推動活塞，壓強增大，由C點升到D點后略向下降低后保持穩(wěn)定，說明平衡是向著壓強減小的方向移動的。借助數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室強大的數(shù)據(jù)處理功能進行實驗創(chuàng)新，使學(xué)生可以直觀地看到壓強變化對化學(xué)平衡移動的影響，更重要的是能輕松地理解勒夏特列原理中“減弱”的真正涵義，彌補了傳統(tǒng)實驗無法從現(xiàn)象到原理的遺憾，實現(xiàn)了理論知識實驗化。

例如，依據(jù)實驗現(xiàn)象，激活學(xué)生的合作探究興趣。在化學(xué)實驗時，可以通過調(diào)整實驗順序，優(yōu)化實驗方法來創(chuàng)設(shè)合作探究情景，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如：在Cu與稀 HN03實驗的教學(xué)中，為了明顯地觀察到NO無色氣體，我們可引導(dǎo)學(xué)生進行如下的改進實驗：取一個U型管，在合適的橡皮塞上扎入一根螺旋狀的銅條塞在U型管一端，往 U型管的另一端加入稀HNO3，至U型管的左側(cè)完全淹沒銅絲。這樣，可觀察到在銅絲附近有一段無色氣體柱。U行管左側(cè)產(chǎn)生液面下降，產(chǎn)生藍色液體，U型管右側(cè)液面上升。這種變化現(xiàn)象能夠激發(fā)學(xué)生的探究激情，也為他們的合作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

二、數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可使定量實驗集成化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室是集物理測量、制動控制、數(shù)據(jù)記錄、智能化數(shù)據(jù)分析和測量結(jié)果多模顯示等功能于一體的綜合性實驗平臺，充分發(fā)揮了實驗儀器作為實驗信息的產(chǎn)生者、傳播者、接受者和處理者的作用。例如，典型的定量實驗酸堿中和滴定，實驗過程中需要測量、記錄多個pH，還需要手工繪制突變曲線，完成此實驗難度大、實驗過程誤差大、實驗教學(xué)的效益差。按照實驗裝置，燒杯里加入20mL0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，上方的注射滴管中加入0.1000mol/L鹽酸進行實驗。實驗數(shù)據(jù)及時、動態(tài)、直觀地轉(zhuǎn)化為突變曲線。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室強大的集成化功能進行實驗創(chuàng)新，使學(xué)生從繁瑣、低效的實驗操作中解脫出來，還能輕松地感受突變曲線的存在與動態(tài)生成，實現(xiàn)了定量實驗的集成化，提升了實驗效能。

三、數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可使定性實驗定量化

一些化學(xué)實驗應(yīng)該用數(shù)據(jù)描述的變化過程，傳統(tǒng)實驗只能用定性實驗進行簡單的模糊驗證或只能在理論上進行闡述。現(xiàn)在利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可以將鹽類水解程度強弱、化學(xué)反應(yīng)的快慢、熱效應(yīng)等定性實驗直接轉(zhuǎn)化為直觀數(shù)據(jù)進行分析，把原來的只能用現(xiàn)象模擬解釋的實驗直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的實驗數(shù)據(jù)。例如，在研究MnO2條件下對不同濃度的H2O2分解的影響實驗時，可以利用壓強傳感器將生成氣體的快慢通過壓強變化展示出來。在試管中加入2mL2%的雙氧水，5滴1mol/LFeCl3溶液，將連接好壓強傳感器的膠塞堵住試管口，觀察實驗過程中氣壓的變化情況。在另一試管中加入2mL5%的雙氧水，5滴1mol/LFeCl3溶液，重復(fù)上面的操作，得到不同濃度下雙氧水分解過程中“壓強-時間”圖線。利用數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室進行實驗創(chuàng)新，使原本不能完成的實驗變?yōu)楝F(xiàn)實，該技術(shù)為即時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為定量實驗的設(shè)計創(chuàng)造了可能，使學(xué)生從量的角度認識化學(xué)變化的本質(zhì)，化學(xué)的科學(xué)性得到了進一步的彰顯。新穎的角度和新奇的實驗也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣進一步提升，解決了經(jīng)典傳統(tǒng)實驗無法定量描述的困惑。

四、數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室可使科學(xué)探究實踐化

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室集攜帶方便、操作簡單、數(shù)據(jù)處理功能先進等特點，為師生進行科學(xué)探究提供了一個很好的技術(shù)平臺。如利用二氧化碳傳感器、溶解氧傳感器、pH傳感器、濁度傳感器等進行空氣質(zhì)量、水質(zhì)檢測等探究實驗。這些科學(xué)探究有助于學(xué)生對環(huán)境污染、環(huán)境保護有更深刻的認識，增強了科學(xué)的實踐性、應(yīng)用性。

總之，數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室為實驗創(chuàng)新提供了全新的技術(shù)手段和平臺，是實驗教學(xué)的一次革命性的發(fā)展，它使傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)進入一個全新的現(xiàn)代信息化時代。它傳遞了以人為本的教育理念，讓學(xué)生感受了科技魅力，實踐了器為我用的教學(xué)宗旨。當(dāng)然，一切方法和手段都是為教學(xué)服務(wù)。數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室只是對傳統(tǒng)實驗的補充和完善，需要廣大教師在實踐中共同探索，開發(fā)更多、更好的案例，為實驗教學(xué)提供更廣闊的實踐思路，更好地為實驗教學(xué)服務(wù)。

參考文獻

[1]倪建娥.新課程背景下高中化學(xué)生活化教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（06）：10～11.