高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用分析

譚鑫

【摘 要】本文從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入、切入點(diǎn)等方面分析了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。希望能為高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的開展提供參考。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) 定量實(shí)驗(yàn)教學(xué) 數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.04.007

在高中化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為極為重要的教學(xué)部分，也是學(xué)生充分理解化學(xué)知識(shí)和現(xiàn)象的重要途徑。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種數(shù)字化實(shí)驗(yàn)信息系統(tǒng)，其的構(gòu)成部分主要包括傳感器、計(jì)算機(jī)、配套軟件及數(shù)據(jù)采集器等。在高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入和應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以使化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠得到即時(shí)處理、編輯和儲(chǔ)存，也是對(duì)化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與模式進(jìn)行創(chuàng)新的重要推動(dòng)力，有利于提升高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。

一、在高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

在信息化時(shí)代下，數(shù)據(jù)資源的重要性不言而喻，而這也使得數(shù)據(jù)資源的處理和存儲(chǔ)方式逐漸受到了重視。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了提升對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入不容忽視。通過(guò)引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和模式的創(chuàng)新，也為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率的提升奠定了基礎(chǔ)。在高中化學(xué)教學(xué)中，大部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境都有極為嚴(yán)格的要求，如SO2的性質(zhì)等，為了保證這類化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟诎踩⒖煽康那疤嵯逻M(jìn)行教學(xué)，一般都會(huì)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于可燃?xì)怏w和有毒氣體的實(shí)驗(yàn)也要在安全的環(huán)境中進(jìn)行，否則很容易引發(fā)可燃?xì)怏w爆炸和有毒氣體泄漏等問(wèn)題，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的人身安全造成威脅。從發(fā)展進(jìn)程角度分析，化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以被分為三個(gè)時(shí)代，即傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)代、微型化實(shí)驗(yàn)時(shí)代和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)代。

其中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)代是化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的第一個(gè)時(shí)代，實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要通過(guò)常規(guī)玻璃實(shí)驗(yàn)器皿來(lái)完成。微型化實(shí)驗(yàn)時(shí)代是化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的第二個(gè)時(shí)代，在這一時(shí)代挖掘出了近乎所有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的第三個(gè)時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程和化學(xué)現(xiàn)象會(huì)逐漸被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以幫助學(xué)生更好地觀察和理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。由此可見，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入，是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與模式的創(chuàng)新，有利于提高化學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)資源整合能力，而這也為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率的提升奠定了基礎(chǔ)。

二、在高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的切入點(diǎn)

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了更好地提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平，對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入，可以從下述三個(gè)方面進(jìn)行考慮：定性到定量的轉(zhuǎn)變、表象到本質(zhì)的轉(zhuǎn)變、質(zhì)疑到探究的轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象的體現(xiàn)，在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難對(duì)其實(shí)施定量化處理。但將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，基于對(duì)數(shù)字傳感技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整采集，并利用計(jì)算機(jī)和配套軟件對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，最后以表格或圖像等形式對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)。例如，對(duì)于濃硫酸的吸水性實(shí)驗(yàn)，從對(duì)比試驗(yàn)角度考慮，對(duì)濕度傳感器進(jìn)行合理使用，可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)密閉容器內(nèi)空氣相對(duì)濕度的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而這個(gè)過(guò)程也是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的定量化控制，體現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在定性到定量的轉(zhuǎn)變中所發(fā)揮的重要作用。

從表象到本質(zhì)的轉(zhuǎn)變角度分析，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化，也能夠依靠數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象的更為直接的展示，而幫助學(xué)生更好地理解和掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象及原理，有利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的效率。例如，弱電解質(zhì)的稀釋實(shí)驗(yàn)，愛弱電解質(zhì)稀釋過(guò)程中，電解質(zhì)的導(dǎo)電性會(huì)發(fā)生變化，但在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，很難對(duì)導(dǎo)電性變化情況進(jìn)行直觀展示。然而，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)數(shù)字化技術(shù)和電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)弱電解質(zhì)稀釋過(guò)程中導(dǎo)電性變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生也能更加直觀的看到導(dǎo)電性變化情況。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的直觀展示，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也能夠幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與相應(yīng)化學(xué)概念之間的聯(lián)系。

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入，可以使學(xué)生由質(zhì)疑轉(zhuǎn)變到探究，有利于幫助學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)和現(xiàn)象。在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)期之間出現(xiàn)不匹配是極為常見的現(xiàn)象，但這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)化學(xué)教師和化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生質(zhì)疑。在這種情況下，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化就顯得十分重要。通過(guò)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面搜集，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，是更加直觀的展現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和本質(zhì)的一種方式。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力進(jìn)行培養(yǎng)，有利于提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。

三、高中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

化學(xué)實(shí)驗(yàn)最重要的部分就是反應(yīng)過(guò)程，只有通過(guò)觀察化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程，學(xué)生才能更好的理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)生原理，進(jìn)而理解相應(yīng)的化學(xué)理論知識(shí)。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用能夠更加直觀的展示化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程、現(xiàn)象和本質(zhì)，有利于學(xué)生理解和掌握相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)。

例如，“金屬的電化學(xué)腐蝕”實(shí)驗(yàn)，生活中經(jīng)常見到的暖寶寶就是對(duì)“金屬的電化學(xué)腐蝕”實(shí)驗(yàn)的最直接體現(xiàn)。在開展“金屬的電化學(xué)腐蝕”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，化學(xué)教師可由暖寶寶的發(fā)熱原理引出這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)和暖寶寶的發(fā)熱原理提出一些問(wèn)題，如“暖寶寶模擬裝置是否能構(gòu)成原電池？”然后在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，可以使學(xué)生通過(guò)討論得出原電池的電極反應(yīng)式，即負(fù)極的電極反應(yīng)式是Fe—2e-=Fe2+，但對(duì)于正極反應(yīng)式會(huì)得出兩個(gè)結(jié)果，分別是O2+2H2O+4e-=4OH-和2H++2e-=H2。在以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方式開展“金屬的電化學(xué)腐蝕”實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，通過(guò)觀察數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所搜集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以更加直觀的看出金屬電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)，并得出正極反應(yīng)式O2+2H2O+4e-=4OH-，這個(gè)反應(yīng)式體現(xiàn)出隨著壓強(qiáng)的減小，金屬電化學(xué)腐蝕的正極會(huì)發(fā)生吸氧反應(yīng)。而2H++2e-=H2這個(gè)反應(yīng)式體現(xiàn)的是正極發(fā)生的析氫反應(yīng)。通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，可以更加直觀的了解金屬在不同環(huán)境下發(fā)生的腐蝕反應(yīng)，可以幫助學(xué)生更好地理解這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)和現(xiàn)象。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)從定性到定量、表象到本質(zhì)、質(zhì)疑到探究等轉(zhuǎn)變角度對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引入，并將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)和現(xiàn)象，進(jìn)而幫助學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，對(duì)學(xué)生理解和掌握相應(yīng)的化學(xué)理論知識(shí)極為有利。