數(shù)字化傳感技術(shù)DIS點亮化學(xué)課堂

劉 彤

(鎮(zhèn)江市金山實驗學(xué)校 江蘇鎮(zhèn)江 212000)

數(shù)字化實驗信息系統(tǒng)將數(shù)字溫度計、pH計、電導(dǎo)率計、分光光度計等儀器簡易化、微型化，整合于一體。它把信息技術(shù)與傳感技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)實驗儀器相比有更高的精確度、準(zhǔn)確性、適時性和探究性。

1．DIS改變了傳統(tǒng)實驗過程中對實驗信息與數(shù)據(jù)的感知方式和采集方式，使實驗采集的數(shù)據(jù)更精確。

2．DIS以計算機(jī)和分析處理軟件為工具，對煩瑣的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了整合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理、描述同步進(jìn)行的實時實驗?zāi)Ｊ?，改變了實驗?shù)據(jù)的處理方式和結(jié)果表達(dá)方式，使結(jié)果的表達(dá)更豐富。

3．改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式。通過運(yùn)用DIS可以節(jié)省時間、提高效率，以便學(xué)生能更加集中精力和有更多的時間去觀察、思考和探究，有利于培養(yǎng)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和探究精神。

本文以《中和反應(yīng)》為例，探討DIS在化學(xué)實驗教學(xué)中的運(yùn)用。

一、實驗教學(xué)價值

《中和反應(yīng)》出自上海教育出版社九年級《化學(xué)》第二學(xué)期7.2常見的酸和堿第三課時的內(nèi)容。本節(jié)課是概念教學(xué)，同時也是酸與堿的重要實驗。同時中和反應(yīng)的教學(xué)也為下一階段的復(fù)分解反應(yīng)中酸堿鹽性質(zhì)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

對該階段學(xué)生而言，已有知識為：酸堿性、酸堿度，以及他們歷經(jīng)多次的實驗積累經(jīng)驗。未知知識有：如何判斷無明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生；中和反應(yīng)的概念。他們已具備了一定的實驗探究和分析問題的能力，想通過自身動手實驗追求理性結(jié)果的欲望空前強(qiáng)烈。所以對這樣一個無明顯現(xiàn)象的實驗，如何證明反應(yīng)的發(fā)生，整個學(xué)習(xí)過程對培養(yǎng)學(xué)生實驗探究及創(chuàng)新能力的意義遠(yuǎn)超過了實驗結(jié)論本身。

二、實驗設(shè)計思路

教材中該實驗的設(shè)計意圖有以下三點：

通過反應(yīng)開始和結(jié)束時對溫度的測量讓學(xué)生感受到該反應(yīng)中存在能量變化。

借助指示劑說明兩者反應(yīng)的客觀事實，并通過蒸發(fā)方法驗證產(chǎn)物。

讓學(xué)生感受到反應(yīng)過程中反應(yīng)物的量的變化與溶液酸堿性的關(guān)系。

在平時的教學(xué)中我發(fā)現(xiàn)實驗存在以下三點細(xì)節(jié)問題可待改進(jìn)：

學(xué)生難以直觀認(rèn)知反應(yīng)中溶液酸堿性的變化以及熱量的變化過程。

學(xué)生難以理解中和反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)。

學(xué)生會將滴定過程中顏色剛好褪去的滴定終點默認(rèn)為呈中性。

接下來請大家看我的設(shè)計，我采用的是數(shù)字化實驗系統(tǒng)。

三、實驗教學(xué)過程

【情境引入】學(xué)生實驗：氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)。學(xué)生觀察不到明顯的實驗現(xiàn)象【情境深入】兩者是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？

讓學(xué)生從化學(xué)變化的本質(zhì)入手，即反應(yīng)物的消失和新物質(zhì)的生成兩個角度進(jìn)行實驗設(shè)計，他們會設(shè)計出以上的實驗方案，借助酚酞指示劑、紫色石蕊試液判斷反應(yīng)物的消失、蒸發(fā)反應(yīng)后溶液有晶體析出判斷有新物質(zhì)生成證明二者發(fā)生反應(yīng)。同時我提供溫度計，引導(dǎo)學(xué)生思考有時候化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象并非只有通過肉眼觀察，并進(jìn)行學(xué)生實驗。

【情境再深入】(加深形與數(shù))

視頻實驗1：燒杯中盛放的是氫氧化鈉溶液，插入設(shè)備有PH傳感器、溫度傳感器，電導(dǎo)率傳感器、滴數(shù)傳感器、再不斷滴入鹽酸的過程中實時記錄數(shù)的變化并繪制成溫度—時間曲線和pH—時間曲線圖像，電導(dǎo)率—時間曲線。學(xué)生通過對數(shù)和形的分析輕松得出結(jié)論：溫度曲線的最高點和pH在7附近的曲線是對應(yīng)一致的，這個時刻酸堿恰好完全反應(yīng)，從而推斷出熱量的確來自于該化學(xué)反應(yīng)。

那么熱量究竟來自哪些微粒的主動結(jié)合呢？我又借助該裝置繼續(xù)完成一組實驗，在硝酸鈉溶液中滴入氯化鉀溶液。我引導(dǎo)學(xué)生對圖像進(jìn)行分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的熱量的確與氯離子和鈉離子的主動結(jié)合沒有關(guān)系，熱量可能來自于酸中的氫離子和堿中的氫氧根離子所結(jié)合而放出的。學(xué)生了解到中和反應(yīng)就是酸和堿發(fā)生反應(yīng)生成鹽和水，并放出熱量的過程，本節(jié)課重難點由此突破。

【概念建構(gòu)】為了讓學(xué)生體會到一個實驗并不具有普遍性的思想，我又借助這套裝置做了兩組演示實驗，替換了酸和堿的種類，分別是氫氧化鈉和硫酸以及氫氧化鋇和鹽酸的反應(yīng)，也得到了這樣的數(shù)和形。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課以氫氧化鈉溶液與鹽酸這一典型無現(xiàn)象實驗為例，由教材的定性探究出發(fā)到通過數(shù)字化實驗從反應(yīng)過程中的溫度變化、PH變化以及反映離子濃度變化的電導(dǎo)率三個定量角度來研究中和反應(yīng)的概念及本質(zhì)。

這樣的形數(shù)合一，在許多初中化學(xué)探究實驗中都可以得到廣泛的應(yīng)用。實驗現(xiàn)象之多彩，數(shù)字曲線之曼妙，賦予化學(xué)更專業(yè)、更真實的氣質(zhì)，煥發(fā)我們實驗最本真的東西——化學(xué)之美。