DIS在高中化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用研究

肖麗華

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用于學(xué)科教學(xué)是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由各種傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及配套軟件構(gòu)成的一種智能化系統(tǒng)，可用于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集及處理，并以數(shù)據(jù)表格、圖像或視頻的形式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種較為先進(jìn)的多媒體技術(shù)會(huì)給高中化學(xué)教學(xué)帶來(lái)什么樣的幫助呢？

首先，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以解決很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的疑難問(wèn)題。在傳統(tǒng)的課堂演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)器材相對(duì)較小，教師在前面做實(shí)驗(yàn)，只有少數(shù)幾個(gè)學(xué)生能看清楚;若借助實(shí)物投影儀，選擇從左到右投影或從上到下投影，又由于受到空間、亮度等很多因素的影響，經(jīng)常得不到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了克服演示實(shí)驗(yàn)的種種弊端，教師們是各有奇招。例如，在化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的教學(xué)過(guò)程中，為了讓學(xué)生感受到鎂條與鹽酸反應(yīng)的放熱現(xiàn)象，往往是幾個(gè)同學(xué)湊在一起用手觸摸試管外壁來(lái)感受發(fā)燙的放熱結(jié)果，條件差的甚至一根試管傳遍整間教室，傳到最后一位同學(xué)時(shí)試管外壁已經(jīng)不熱了。即使這樣，也只感受到放熱這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，沒(méi)有過(guò)程。DIS的溫度傳感器及配套設(shè)備就完全解決了這些問(wèn)題，下面是實(shí)驗(yàn)記錄的（部分）數(shù)據(jù)及圖像：

DIS記錄的數(shù)據(jù)及圖像不僅讓學(xué)生很直觀的“看到” 鎂條與鹽酸反應(yīng)的放熱，更可以根據(jù)圖像知道哪一階段反應(yīng)最劇烈、溫度上升的最快，反應(yīng)進(jìn)行到第幾秒停止溫度開(kāi)始下降。DIS就是這樣將原本只能用手觸摸來(lái)感受到的放熱現(xiàn)象讓學(xué)生用肉眼“看”出來(lái)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)字化、外顯化，極大地?cái)U(kuò)展了實(shí)驗(yàn)的“可視性”。雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)束了，但稍縱即逝的實(shí)驗(yàn)卻被永久地記錄了下來(lái)，學(xué)生可以反復(fù)的觀看、體會(huì)，直到領(lǐng)悟其精髓。

其次，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以精準(zhǔn)得出計(jì)算結(jié)果，也可將學(xué)生從繁瑣的數(shù)據(jù)處理中解脫出來(lái)。例如：在講解醋酸的電離常數(shù)只與溫度有關(guān)而與濃度無(wú)關(guān)時(shí)，就要求學(xué)生計(jì)算出25⁰C時(shí)不同濃度醋酸的電離常數(shù)，這計(jì)算量是相當(dāng)大的，下面就以其中一個(gè)為例加以說(shuō)明。已知25⁰C 1.00mol/LCH₃COOH溶液中，H⁺與CH₃COO^-的平衡濃度都為4.21×10^-3mol/L，求該溫度下CH₃COOH的電離常數(shù)。根據(jù)電離常數(shù)的計(jì)算公式，，要準(zhǔn)確計(jì)算出是比較困難的，為了減小計(jì)算量，常把分母代進(jìn)去算一個(gè)近似值，但有些學(xué)生卻覺(jué)得這樣算出的結(jié)果誤差大，不可信，此時(shí)就可借助于DIS的pH傳感器及系統(tǒng)的幫助。只要將預(yù)先配制好的不同濃度的醋酸溶液，通過(guò)pH傳感器將數(shù)據(jù)采集輸入電腦，并進(jìn)行一定的設(shè)置，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)顯示出溶液的pH和相應(yīng)的醋酸的電離常數(shù)，操作非常的簡(jiǎn)單方便，為學(xué)生節(jié)省了大量寶貴的時(shí)間。

DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)極大拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。例如：驗(yàn)證壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡：?的影響，增大壓強(qiáng)時(shí)氣體的顏色會(huì)先變深后變淺，由于肉眼很難觀察到顏色隨壓強(qiáng)的細(xì)小變化，就將這個(gè)對(duì)教學(xué)有幫助的化學(xué)實(shí)驗(yàn)從教材中刪除了，這不得不說(shuō)是件憾事。DIS的壓強(qiáng)傳感器可以探測(cè)出容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化，色度傳感器可以探測(cè)出混合氣體顏色的深淺，就輕松地解決了這個(gè)問(wèn)題。DIS顯示出了增大壓強(qiáng)時(shí)平衡移動(dòng)的動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助我們更輕松地透過(guò)現(xiàn)象看清事物的本質(zhì)，從而得出更加科學(xué)的結(jié)論。再如：離子反應(yīng)始終是某些學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，混合體系中哪些離子反應(yīng)了、變少了，哪些離子沒(méi)有參加反應(yīng)，只要借助于DIS的離子選擇性電極就可一目了然。這樣的例子還有很多，DIS讓我們更深刻地揭示客觀世界隱藏的各種規(guī)律，讓我們對(duì)問(wèn)題的解釋更加客觀貼切，極大拓展了學(xué)習(xí)的深度與廣度。

第四，許多研究性學(xué)習(xí)由于時(shí)空等各種條件的限度，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐而顯得內(nèi)容單薄，便攜式DIS設(shè)備可以在戶(hù)外使用，可以讓學(xué)生和教師走出教室，到真實(shí)世界中進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。比如：研究學(xué)校周邊水的污染情況，或某一化工廠(chǎng)排放的廢水是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)等。因?yàn)橐叱鼋淌胰プ鲞@些事，學(xué)生會(huì)覺(jué)得這就是在應(yīng)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，感覺(jué)學(xué)習(xí)是很有用的，于是會(huì)更積極、更主動(dòng)與同伴、與老師交流，設(shè)計(jì)、討論研究方案，更積極地參與到研究中來(lái)，而不是袖手旁觀看熱鬧。DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，也極大地?cái)U(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

但是，DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也不是萬(wàn)能的，常見(jiàn)的傳感器也就只有幾種，這大大限制了DIS的應(yīng)用范圍;再者，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也并不是一無(wú)是處，它在培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)素養(yǎng)方面得天獨(dú)厚，所以，DIS只是對(duì)學(xué)校教學(xué)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的補(bǔ)充和完善，不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，兩者可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成。我們要結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，更合理地運(yùn)用DIS，充分發(fā)揮它對(duì)教學(xué)的優(yōu)化功能，逐步將其融入教學(xué)之中。

*福建省“十三五”中學(xué)化學(xué)學(xué)科帶頭人培養(yǎng)對(duì)象專(zhuān)項(xiàng)課題“DIS在高中化學(xué)教學(xué)拓展性運(yùn)用的案例研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)XKHX2017002）階段研究成果之一