中學(xué)化學(xué)中數(shù)字化實驗系統(tǒng)的拓展探究

摘?要：隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)在的教學(xué)模式已經(jīng)滿足不了學(xué)生攝取知識的進程，并且傳統(tǒng)中學(xué)化學(xué)實驗課的授課模式存在一定的弊端，比如在實驗課上只能展現(xiàn)定性研究的方面，而定性因素很容易受環(huán)境與實驗工具的影響，所以在這種情況下很難開展實驗教學(xué)。為了解決此模式的弊端，學(xué)校開始開展數(shù)字化實驗系統(tǒng)與化學(xué)課程相結(jié)合的課堂模式，從試驗儀器的合理配備、實驗原理的科學(xué)開發(fā)以及實驗的目的三方面開展數(shù)字化實驗體系。文章結(jié)合信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)整合的意義、優(yōu)勢兩個方面，論述數(shù)字化實驗系統(tǒng)下的化學(xué)實驗拓展，從而更好地促進此教學(xué)模式發(fā)展，為教育事業(yè)的發(fā)展打下更好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實驗系統(tǒng);化學(xué)實驗;中學(xué)化學(xué);拓展探究

一、 引言

中學(xué)化學(xué)是為升高中做鋪墊，是學(xué)科中尤為重要的一部分，而實驗教學(xué)是促進學(xué)生學(xué)習化學(xué)的基本手段，所以在課堂中化學(xué)實驗是授課手法中的一個重要手段。并且隨著時代的快速發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)涉及世界的各個角落，而“大數(shù)據(jù)時代”也是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的，又以信息技術(shù)為核心成為人們數(shù)據(jù)整合的創(chuàng)造性工具。在教學(xué)方面教師也可以使用數(shù)字化的教學(xué)模式，讓化學(xué)與信息整合，是現(xiàn)在時代教學(xué)發(fā)展的趨勢，所以應(yīng)該順應(yīng)這個局勢成為教學(xué)中的主要方法，并提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

二、 信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)

（一）信息技術(shù)與化學(xué)實驗課程整合的意義

隨著數(shù)字化時代的到來，在階段的教學(xué)問題變成了如何將化學(xué)與信息技術(shù)有效的整合，為了解決這個新課標的合理開展，學(xué)校應(yīng)該積極順應(yīng)新課程改革的理念。以往的傳統(tǒng)化學(xué)實驗在中學(xué)的開展并不順利，關(guān)于定量研究實驗只能通過書本理論分析實驗的變化過程，學(xué)生對于片面的知識理論無法理解其中的奇妙，缺少親身體驗的機會，所以就會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習質(zhì)量下降，逐漸失去對此學(xué)科的興趣?；谝陨系膯栴}，教師可以結(jié)合DISLAB數(shù)字化實驗系統(tǒng)和試驗設(shè)備，為學(xué)生提供課本中的定量探究實驗，讓學(xué)生直觀體驗到化學(xué)的奧秘和實驗過程中物質(zhì)的變化的過程，從而讓學(xué)生理解化學(xué)變化的原理，而該教學(xué)模式還可以形成函數(shù)圖像，間接豐富了學(xué)生的視野，提供了課本不存在的知識點，充分激發(fā)了學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，使得學(xué)生有良好的創(chuàng)新思維與實踐能力，讓教學(xué)落在實處。

（二）數(shù)字化實驗系統(tǒng)與化學(xué)課程整合的優(yōu)勢

數(shù)字化實驗系統(tǒng)是硬件與軟件呈一體的、先進的實驗系統(tǒng)，它的組成部分比較復(fù)雜：由“多類型傳感器+數(shù)據(jù)采集器+化學(xué)實驗軟件+多媒體”多個程序組成的新型教學(xué)實驗系統(tǒng)。多類型傳感器，它代替了傳統(tǒng)課堂上的實驗測量儀器，能夠采集出化學(xué)氣體的質(zhì)變、溶液中的pH數(shù)值、電解質(zhì)的物質(zhì)性質(zhì)、熱脹冷縮等實驗的數(shù)據(jù)數(shù)值，并通過這些數(shù)值和實驗軟件將大量的數(shù)據(jù)形成各個數(shù)據(jù)圖，在信息化的角色上各個環(huán)節(jié)的緊扣，讓實驗教學(xué)變得操作簡單化、在真正的實驗基礎(chǔ)上完成了信息化與化學(xué)實驗教學(xué)的整合。

（三）符合新課程改革對化學(xué)實驗的要求

近年來提出的新課程改革，對整個教學(xué)環(huán)境都作出了改革要求，而在新的一輪改革中提出化學(xué)實驗課程要與信息技術(shù)進行整合，而現(xiàn)在的改革也是應(yīng)了新課改的要求，現(xiàn)階段教育與信息結(jié)合是時代發(fā)展的趨勢。信息技術(shù)滲透到實驗室，幫助學(xué)生學(xué)習化學(xué)、幫助教師提高課堂質(zhì)量、幫助師生架起溝通的橋梁，成為化學(xué)實驗課中的“利劍”。利用數(shù)字化實驗中的在線測量、數(shù)值展現(xiàn)、完成模擬圖來解剖實驗成果，從而引導(dǎo)學(xué)生自主研究、團隊互助、多途徑解決問題、拓寬思維能力、提高綜合剖析能力和創(chuàng)新精神，經(jīng)過上文論述適合當代的新課程改革的要求。

三、 數(shù)字化實驗系統(tǒng)下的化學(xué)實驗拓展

數(shù)字化實驗系統(tǒng)下的化學(xué)實驗拓展為學(xué)生帶來了新的實驗研究平臺，讓學(xué)生脫離了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，從而使單一的、局限的定性實驗向多功能、精確性高的定量實驗轉(zhuǎn)變。這一功能的轉(zhuǎn)變讓學(xué)生從本書中解放了出來，再也不用苦澀的背誦數(shù)據(jù)記錄、實驗過程、理論公式、數(shù)據(jù)模型等類型的知識，然而代替的是新型實驗教學(xué)模式，讓學(xué)生有充足的時間理解其中的理論知識，這種多元化的分析平臺為教育事業(yè)提供了便利。同時，數(shù)字化實驗系統(tǒng)與化學(xué)課程的整合還處在實施階段，當中還存在一系列的問題沒有解決。比如：傳統(tǒng)的教學(xué)模式與數(shù)字化實驗系統(tǒng)的磨合并不順利，因為這里概念的提出是順應(yīng)時代進程發(fā)展而演變出來的，在思想上需要具備先進性，它的實施本身就需要與傳統(tǒng)的事物進行變通。反而代之的是應(yīng)該以學(xué)生為課堂的主體，尊重學(xué)生的實踐性、創(chuàng)新思維、反思考能力、團隊合作共贏的教育理念與課堂模式，這樣才能為化學(xué)課堂提供良好的發(fā)展空間。

（一）化學(xué)實驗儀器的拓展

化學(xué)實驗是以化學(xué)實驗儀器為載體進行實驗的，所以實驗儀器的質(zhì)量直接決定了實驗結(jié)果的精準性，也直接影響了學(xué)生的學(xué)習質(zhì)量與教師的教學(xué)質(zhì)量。而現(xiàn)在的數(shù)字化實驗系統(tǒng)便可以解決這些不必要的問題，只是將實驗數(shù)據(jù)數(shù)字化，在模擬實踐的基礎(chǔ)上完成了實驗所需要的各種數(shù)據(jù)，讓信息化與化學(xué)課程整合。就像上文中講到的過程一樣：“多類型傳感器+數(shù)據(jù)采集器+化學(xué)實驗軟件+多媒體”，只是傳感器代替了部分實驗所需要的測量儀器，與傳統(tǒng)的實驗相比并無太大差別，只是這種方法更便利，彌補了其中的缺點。這就表明數(shù)字化實驗系統(tǒng)可以拓展到課堂上，為教學(xué)所用。

接下來，我們可以看一下，現(xiàn)在教學(xué)案例中的應(yīng)用例如：《酒精燈火焰溫度的比較測定》。眾所周知，酒精燈火焰一般分為三個部分：焰心、內(nèi)焰、外焰。一般傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是先準備一根小木棒，然后將木棒放在火焰的中心燒，接著教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察：找出木棒最開始碳化的部分，觀看所處階段的火焰，最終確定酒精燈火焰最旺盛的地方。得到的結(jié)論僅是在酒精燈火焰的位置上是從焰心、內(nèi)焰、外焰逐漸上升溫度的，如果是具體的溫度數(shù)據(jù)并無法得知。

如果是利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)，以及輔助軟件高溫傳感器，教師就可以對酒精燈的焰心、內(nèi)焰、外焰一一進行溫度的測量，從而帶領(lǐng)學(xué)生讀取出精準的溫度數(shù)值，并在多媒體上形成數(shù)據(jù)圖，讓學(xué)生一目了然的發(fā)現(xiàn)酒精燈火焰焰心、內(nèi)焰、外焰依次的溫度變化。并且新穎的教學(xué)方法也讓學(xué)生集中了注意力，來帶動課堂的學(xué)習質(zhì)量，從而得出一套完整的結(jié)論。

酒精燈火焰溫度的比較測定結(jié)論：酒精燈燃燒時由于所接觸的面積不同，燃燒溫度存在著差異，并且燃燒程度也不相同。較木棒燃燒實驗來看酒精燈火焰的溫度高低依次是焰心、內(nèi)焰、外焰。

（二）化學(xué)反應(yīng)實驗原理的拓展

化學(xué)反應(yīng)實驗原理的設(shè)立是為了幫助學(xué)生拓寬思維，這也是新課標中的重要指向，學(xué)習的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。所以化學(xué)反應(yīng)實驗原理的拓展還需要教師在備課中融合科學(xué)的思想理念，運用先進的手段將兩者的融合達到最優(yōu)效果。

例如《碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳》實驗流程為：向0.1mol/L碳酸鈉溶液中滴入0.1mol/L稀鹽酸直至過量，測量生成二氧化碳的濃度變化。

如果是傳統(tǒng)的化學(xué)實驗，是無法實時測量二氧化碳濃度的，因為變化規(guī)律比較復(fù)雜，所以必須借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)，以及二氧化碳傳感器才可以完成實驗的測量。具體的實驗步驟可分為六步：（1）組裝實驗所用的裝置;（2）準備稀釋器，并滴入0.1摩爾每毫升的稀鹽酸溶液;（3）準備塑料容器瓶，并滴入0.1摩爾每毫升的碳酸鈉溶液;（4）將事先準備的50毫升針管，調(diào)到0毫升，為接下來的氣壓緩沖做裝置;（5）打開二氧化碳傳感器，將參數(shù)調(diào)整到原始狀態(tài);（6）將以上的準備開啟，并滴入溶液進行記錄。

本次的實驗表明，碳酸鈉溶液與稀鹽酸溶液的摻和，達到一定程度會產(chǎn)生二氧化碳，證明了實驗的標題是正確的。同時也突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式所帶來的弊端，為師生提供了交流的橋梁，也豐富了學(xué)生的視野。

（三）化學(xué)實驗?zāi)康牡耐卣?/p>

上文中提到過的傳統(tǒng)的化學(xué)實驗都是定性實驗，實驗過程太過于局限，并提供不了太多活靈活現(xiàn)的數(shù)據(jù)，加上現(xiàn)在的實驗現(xiàn)象都是需要大量的數(shù)據(jù)來維持的，而在傳統(tǒng)模式下學(xué)生只能通過書本的實驗案例圖片對實驗進行了解，實驗過程也是千篇一律的按照課本流程來完成，在這個過程學(xué)生只需要照做，并實現(xiàn)不了開發(fā)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的目的。因此，教師應(yīng)該利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)讓學(xué)生提高實踐能力和創(chuàng)新思維能力的發(fā)展，從而刺激學(xué)生的學(xué)習興趣。

例如：《原電池實驗的拓展研究》主要內(nèi)容是研究兩極距離、電極材料等溶液濃度會對原電池產(chǎn)生怎樣的影響。

首先，需要準備實驗所需要的器材：電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、多媒體、專屬蒸餾水、原電池、銅、鋅、鐵各一片、濾紙、0.1摩爾每毫升的氯化氫等等。

其次，做好相應(yīng)的組裝儀器，再利用軟件設(shè)置電流圖片，隨后將銅、鋅、鐵各一片慢慢浸入氯化氫內(nèi)，帶領(lǐng)學(xué)生觀察原電池的變化，如果數(shù)據(jù)的曲線發(fā)聲變動立即停止。

最后，可以得到以下的結(jié)論：（1）酸液濃度正常，電極片橫截面積也未曾變化，通過人工實驗后改變電極片與原電池的電流，得到驗證的結(jié)果是隨著電極間距的增大，電流會慢慢變小;（2）酸液濃度正常，電極片橫截面積也未曾變化，通過人工實驗后改變電極片與原電池的電流，電流會隨著電極片的寬度而增加;（3）重復(fù)以上流程，電流會隨著電極片金屬的性質(zhì)，變大或者變小。

所以此次實驗電池電流的大小與語義上的實驗證明有著極大的關(guān)系。

四、 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化實驗系統(tǒng)的存在是有一定優(yōu)勢的，但是這并不代表要否認傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而是彌補其中的不足。經(jīng)以上研究證明可以看出數(shù)字化實驗系統(tǒng)為教師提供了先進的教學(xué)手段，為學(xué)生提供了良好的學(xué)習環(huán)境。

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作者簡介：巴琳，甘肅省臨夏回族自治州，甘肅省康樂縣第一中學(xué)。