DISLab支持下指向深度學(xué)習(xí)的初中化學(xué)教學(xué)實踐

基金項目：

本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度專項課題“新課標(biāo)背景下指向深度學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略研究”（Fjxczx22-352）的階段性研究成果。

摘" 要：在初三化學(xué)新授課教學(xué)中，本文運用傳感器進(jìn)行實驗，在儀器上突破了傳統(tǒng)化學(xué)實驗舊模式，增強了課堂趣味性，提高了課堂參與度。在基于情境和問題的背景下，引導(dǎo)學(xué)生立足于數(shù)字化實驗所得到的證據(jù)進(jìn)行推理、歸納、建模，進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；傳感器；深度學(xué)習(xí)；信息技術(shù)

文章編號：

1008-0546（2024）14-0011-03""" 中圖分類號：

G632.41""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

B

一、

DISLab簡述與優(yōu)勢分析

1. DISLab簡述

本文所說的“DISLab”是指數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室，其由硬件和軟件構(gòu)成。本次教學(xué)實踐中所用到的硬件包括：傳感器、傳感器轉(zhuǎn)接模塊、數(shù)據(jù)采集器、傳感器連接線、計算機通訊線等；軟件為DISLab 8.0，該軟件對計算機硬件的要求較低，可以廣泛應(yīng)用。

DISLab在使用時需先用計算機通訊線（A/B型USB插頭）連接數(shù)據(jù)采集器和計算機，再使用傳感器連接線，將所需使用的傳感器和數(shù)據(jù)采集器相連；連接完成后，便能通過傳感器采集數(shù)據(jù)，實時傳回軟件，最后通過軟件處理得出相應(yīng)結(jié)果。

2. DISLab優(yōu)勢分析

《教育部關(guān)于加強初中學(xué)業(yè)水平考試命題工作的意見》中提出，考試命題要注重引導(dǎo)學(xué)校落實德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系，引導(dǎo)教師積極探索基于情境、問題導(dǎo)向、深度思維、高度參與的教育教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)。［1］這要求教師應(yīng)多思考如何不斷探索符合時代特點的情境來組織教學(xué)，為學(xué)生在新的情境中進(jìn)行深度思考創(chuàng)造條件，以達(dá)到深度學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)“知”成“慧”的最終目標(biāo)。而傳感器以其所具有的高效、便攜、精確等特點，目前已廣泛應(yīng)用于實驗室實驗、戶外探究、野外觀察等多種場景中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量工具成為主流。

DISLab軟件的快速獲取數(shù)據(jù)、自動作圖等功能也能極大地提高課堂效率。一個化學(xué)反應(yīng)常常需要一定的時間，自動作圖功能將化學(xué)反應(yīng)中的某個變量按照時間繪制成圖像，學(xué)生可以快速把握該變量的變化趨勢。［2］

基于上述分析并結(jié)合本課題教學(xué)實際，筆者以三種傳感器進(jìn)行教學(xué)實踐，闡述教學(xué)實踐方案及教學(xué)感悟，傳感器的型號、分度和測量范圍等信息如表1所示。

二、DISLab輔助教學(xué)的優(yōu)點

1. 提高溫度變化可視度

在氫氧化鈉溶液能否與稀鹽酸反應(yīng)的教學(xué)中，教師一般會采用啟發(fā)式的方法，引導(dǎo)學(xué)生“化無形為有形”來設(shè)計實驗。學(xué)生能聯(lián)想到酸、堿的一般性質(zhì)，先利用指示劑、硫酸銅溶液、活潑金屬單質(zhì)、碳酸鈉等驗證氫氧化鈉或鹽酸是否參與反應(yīng)，再利用蒸發(fā)結(jié)晶的方式，證明二者反應(yīng)，生成了一種新物質(zhì)。

然而，若僅進(jìn)行上述實驗，對于酸堿中和反應(yīng)是否為放熱反應(yīng)的問題，學(xué)生只能通過觸摸的方式加以感受，這種方式較為局限?？紤]到本節(jié)課的演示實驗裝置一般不具有保溫功能，且中和反應(yīng)的放熱現(xiàn)象并不十分明顯，因此，上述方式難以在短時間內(nèi)為全班學(xué)生提供較為直觀的體驗。

利用溫度傳感器搭設(shè)實驗裝置，學(xué)生可以通過電腦屏幕直觀地看到由軟件處理后所得到的稀鹽酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時的溫度

變化曲線（見圖1）。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的溫度上升，而在反應(yīng)結(jié)束后，由于溶液與空氣發(fā)生熱交換，溫度又緩慢下降。該實驗方案所呈現(xiàn)的實驗結(jié)果，不僅更有說服力，同時也能大大提高課堂效率。

2. 促進(jìn)微觀變化理解

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師對中和反應(yīng)的微觀分析往往停留在中和反應(yīng)的微觀實質(zhì)，即氫離子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，但并未對溶液中的離子濃度變化、離子種類進(jìn)行探究。

在本節(jié)課中，教師通過中和反應(yīng)的微觀實質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生分析反應(yīng)前、后的離子數(shù)目變化，進(jìn)而結(jié)合溶液體積增大，判斷離子濃度變化，以此來預(yù)測溶液的導(dǎo)電能力。隨后，利用電導(dǎo)率傳感器搭設(shè)實驗裝置，學(xué)生通過觀察電腦屏幕所呈現(xiàn)的軟件處理后的稀鹽酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時的電導(dǎo)率變化曲線（見圖2），驗證自己的猜想，并在教師引導(dǎo)下，結(jié)合宏觀現(xiàn)象，進(jìn)一步分析推理不同反應(yīng)階段下溶液中的溶質(zhì)種類。

與傳統(tǒng)教學(xué)相對比，通過傳感器繪制的變化曲線引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，能最大程度地使學(xué)生對酸堿中和反應(yīng)的認(rèn)識向縱深發(fā)展。這并非僅僅停留在對宏觀現(xiàn)象和微觀本質(zhì)的學(xué)習(xí)，而是能將宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)與平面直角坐標(biāo)系相結(jié)合，分析不同反應(yīng)階段在溶質(zhì)種類上的差異，并在進(jìn)行多次分析推理后逐步建立模型，形成一種“理論推理猜想—實驗探究搜證—證據(jù)推理建?！钡目茖W(xué)探究思路。

3. 提升中和反應(yīng)認(rèn)識

本節(jié)課第二課時，學(xué)生主要學(xué)習(xí)的是pH試紙的使用，但受限于精準(zhǔn)度等因素，若僅僅停留在使用pH試紙測定溶液酸堿度這一層面，無論是從知識、觀察或?qū)嵺`等角度，都難以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的。

結(jié)合土壤酸堿度的調(diào)節(jié)這一真實情境，筆者利用pH傳感器搭設(shè)實驗裝置。通過軟件繪制稀釋氫氧化鈉溶液、稀釋稀鹽酸、氫氧化鈉溶液滴入稀鹽酸及稀鹽酸滴入氫氧化鈉溶液四個實驗的pH變化曲線（見圖3—6），能更好地促進(jìn)學(xué)生深度分析不同pH狀態(tài)下中和反應(yīng)進(jìn)行的程度及溶質(zhì)種類，更加直觀地觀察到pH試紙使用前因潤濕而造成的誤差。

三、總結(jié)與展望

信息化是當(dāng)今時代發(fā)展的趨勢，課堂教學(xué)中教師要注重學(xué)生的閱讀、思考和表達(dá)，培養(yǎng)學(xué)生分析和處理信息的能力。［3］通過運用DISLab教學(xué)對比傳統(tǒng)教學(xué)，教師可以明顯感覺到學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情有所提高，并且他們更愿意在課堂上思考與表達(dá)。在以往新授課作業(yè)中，筆者發(fā)現(xiàn)圖像問題通常是學(xué)生的難點，而經(jīng)過了課堂上的直觀觀測和深度思考，學(xué)生的答題準(zhǔn)確率也有了顯著提高，難點得到了較好突破。

但是需要注意的是，并非所有的課題都適合用傳感器進(jìn)行實驗，盲目使用可能會適得其反。在應(yīng)用前，教師應(yīng)先思考使用DISLab設(shè)備的合理性及可行性，讓信息技術(shù)能更加有效地與化學(xué)課堂結(jié)合，更好地發(fā)揮信息技術(shù)與學(xué)科融合的價值。

同時，使用DISLab授課時，課前的準(zhǔn)備工作較為煩瑣，備課量較大。若在今后能以全備課組之力來共同完成此項研究，可以進(jìn)一步拓展應(yīng)用場景，以獲取更多的真實使用感受。此外，若在備課組或同個執(zhí)教者的不同教學(xué)班中采取不同的教學(xué)模式，通過前測與后測進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，量化分析兩種教學(xué)方式與學(xué)生現(xiàn)階段成績的相關(guān)性，質(zhì)性分析與未來發(fā)展的相關(guān)性，或許更能體現(xiàn)出運用DISLab教學(xué)的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

［1］教育部關(guān)于加強初中學(xué)業(yè)水平考試命題工作的意見［J］.中華人民共和國教育部公報，2019（11）：27-29.

［2］徐明利.DisLab在高中化學(xué)教學(xué)中的優(yōu)化應(yīng)用探討［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（24）：50-51.

［3］姜淼，張賢金.2022年福建省初中學(xué)業(yè)水平考試化學(xué)試題研究——基于“一核三層三翼”中考評價體系的視角［J］.福建基礎(chǔ)教育研究，2022（11）：105-107.