數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在化學(xué)課堂中的應(yīng)用探索

蔡群

摘 要：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用廣泛，在化學(xué)學(xué)科中引入這種教學(xué)模式，教師能有效節(jié)省課堂時(shí)間，學(xué)生能更加細(xì)致看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的課堂表現(xiàn)會更加主動(dòng)。文章通過教學(xué)案例的生動(dòng)呈現(xiàn)，闡述數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn);中學(xué)化學(xué);酸堿中和反應(yīng);案例

中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2019）07-0081-01

實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在化學(xué)課堂中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)也逐漸受到重視。在化學(xué)學(xué)科中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生會更加精確地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的課堂參與感會更加強(qiáng)烈。本文介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對化學(xué)教學(xué)的影響，分析其優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)其在化學(xué)教學(xué)中的必要性，最后通過教學(xué)案例，分享實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，并給出相應(yīng)建議。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將化學(xué)知識與多媒體技術(shù)相結(jié)合，將相應(yīng)的化學(xué)數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過繪制圖紙、數(shù)據(jù)分析等過程呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以將肉眼觀察不到的現(xiàn)象以電子數(shù)據(jù)圖像呈現(xiàn)，從而方便學(xué)生們?nèi)w納總結(jié)。它主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)處理軟件等幾個(gè)部分構(gòu)成。在這些組成部件中，傳感器是最重要的部分，化學(xué)中常用pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器等。利用這些傳感器，可以更加精確地測定實(shí)驗(yàn)物質(zhì)的物理或者化學(xué)性質(zhì)的變化關(guān)系，隨后這些數(shù)據(jù)會被數(shù)據(jù)收集器直接傳送到計(jì)算機(jī)上，最后再通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好的編程軟件處理，得到對應(yīng)的圖像，然后讓學(xué)生去觀察、分析圖像，分析對應(yīng)化學(xué)現(xiàn)象的變化。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于節(jié)約課堂時(shí)間

相對于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)會大大縮短課堂的教學(xué)時(shí)間。因?yàn)閭鞲衅鞯拿舾卸确浅８?，它能將很微弱的信號傳送到?jì)算機(jī)上，教師只需要調(diào)整好坐標(biāo)比例的大小，學(xué)生就能在投影儀上觀察到明顯的現(xiàn)象。例如，要探究小蘇打分解過程中堿性變化情況，就可以利用pH傳感器直接測定對應(yīng)實(shí)時(shí)pH變化曲線，從而得出結(jié)果。值得注意的是，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)壳斑€不能讓大量學(xué)生去體驗(yàn)，只能選個(gè)別學(xué)生去演示。學(xué)生演示過程能夠節(jié)省課堂時(shí)間，教師可以利用剩余的時(shí)間去分析圖形變化，讓學(xué)生直觀感受數(shù)據(jù)變化帶來的實(shí)驗(yàn)變化情況，還可以讓學(xué)生觀察每一個(gè)分步驟的變化與總體變化之間的關(guān)系。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測量、收集以及處理過程都由對應(yīng)儀器直接完成，相應(yīng)的感應(yīng)器、收集器以及計(jì)算機(jī)直接處理數(shù)據(jù)，這就減少了實(shí)驗(yàn)誤差。繪制圖像也是通過編輯好的軟件直接進(jìn)行，這樣也避免了實(shí)驗(yàn)發(fā)生失誤。學(xué)生可以先根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自己思考圖像的走勢，然后再和計(jì)算機(jī)進(jìn)行對比，在這個(gè)過程中加深對現(xiàn)象變化規(guī)律的理解。

3.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它更加符合學(xué)生的探究心理，學(xué)生會非常專注于實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)元素是如何變化的。學(xué)生能夠直觀看到在某個(gè)化學(xué)量改變的情況下另一個(gè)化學(xué)量是如何變化的，這樣就使學(xué)生課堂參與度大大提高，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性。另外要注意一點(diǎn)，在課堂上教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)一定要注意讓學(xué)生動(dòng)手操作，利用傳感器去解決問題，不能只是教師一個(gè)人去完成所有操作，只有學(xué)生的積極參與才能發(fā)揮課堂的最大效益。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例“測量酸堿中和反應(yīng)”

教學(xué)設(shè)備：pH傳感器、溫度傳感器、10%鹽酸、10%氫氧化鈉，磁力攪拌器、100mL燒杯、250mL燒杯、海綿、酚酞溶液、數(shù)據(jù)收集器、計(jì)算器等。

儀器連接：將兩個(gè)燒杯放到一起，中間用海綿塞上并置于磁力攪拌器上，將pH傳感器、溫度傳感器插入小燒杯中，最后將感應(yīng)器與收集器、計(jì)算機(jī)依次相連。

教學(xué)過程：

教師：同學(xué)們，我們已經(jīng)知道酸可以與堿發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后對應(yīng)指示劑會變色，但是我們還不明白在這個(gè)過程中它們的對應(yīng)酸堿性是如何變化的，那現(xiàn)在我們來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)，感受一下酸堿中和反應(yīng)的溫度以及酸堿性的變化。首先我先請一位同學(xué)，向小燒杯中加入20mL氫氧化鈉以及幾點(diǎn)酚酞指示劑，其他同學(xué)觀察溶液顏色變化。學(xué)生：溶液變成紅色，顯堿性。教師：請這位同學(xué)打開攪拌器開關(guān)，向溶液中緩慢滴加酸，我?guī)屯瑢W(xué)們打開了對應(yīng)的軟件，請思考什么時(shí)候反應(yīng)結(jié)束？學(xué)生：溶液變成無色時(shí)反應(yīng)剛好結(jié)束。教師：實(shí)際上是不是這種情況？我們一起來驗(yàn)證一下，請同學(xué)們記錄溶液變色的時(shí)間點(diǎn)。（教師調(diào)出pH變化的圖像，讓學(xué)生們找到對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)驗(yàn)證一下變成無色是否為反應(yīng)結(jié)束。學(xué)生分析圖像，發(fā)現(xiàn)酚酞變成無色是在pH=8附近，并不是恰好呈中性。pH的變化曲線也是先微小變化，然后驟變，最后趨于穩(wěn)定）教師：再來觀察一下溫度的變化。（調(diào)出溫度變化曲線）學(xué)生：溫度隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸升高，而當(dāng)反應(yīng)終止時(shí)溫度又慢慢下降。（在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生理解了酸和堿反應(yīng)過程中的溫度以及酸堿性的變化關(guān)系）

總之，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生觀察總結(jié)的能力，并通過問題驅(qū)動(dòng)幫助學(xué)生獨(dú)立思考、關(guān)注課堂。在這種模式下，化學(xué)課堂的實(shí)驗(yàn)效果得到了增強(qiáng)，學(xué)生更全面地掌握了有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

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