基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的初中化學(xué)教學(xué)的三大特色

劉艷

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，以實(shí)驗(yàn)為主進(jìn)行科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式。自1978年美國(guó)人Robert Tinker設(shè)計(jì)并完成了第一個(gè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)——萘的冷卻曲線開始，信息技術(shù)和化學(xué)教學(xué)已經(jīng)融合在一起，密不可分。近幾年，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)學(xué)校和老師開始認(rèn)識(shí)到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的作用，致力于將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，創(chuàng)新教學(xué)模式，更新已有化學(xué)知識(shí)，改革實(shí)驗(yàn)方法等 [1]。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為初三化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究提供了更為廣闊的平臺(tái)。其優(yōu)點(diǎn)如下：

一、幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解記憶

初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中有很多抽象、難懂的記憶性內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，由于不理解，產(chǎn)生認(rèn)知障礙。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是我們感官的延伸，能見原先之不可視，聽原先之不能聞，觸原先之不宜碰。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的變化，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以圖表或曲線等形式呈現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生可以清晰直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)中的變化。在第七章學(xué)習(xí)“酸堿鹽”的化學(xué)知識(shí)時(shí)，老師都會(huì)講濃硫酸具有吸水性的特性，可誰(shuí)也沒親眼見過(guò)濃硫酸在“吸水”，一直是采用老師講授、學(xué)生死記硬背的方式，缺乏說(shuō)服力，時(shí)間一長(zhǎng)，學(xué)生很容易遺忘或和其他物質(zhì)搞混。引進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以通過(guò)相對(duì)濕度傳感器（裝置見圖1） [2]，觀察空氣在濃硫酸環(huán)境下相對(duì)濕度的變化，讓學(xué)生能真正見到濃硫酸確實(shí)在“吸水”，讓沒有現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)變得現(xiàn)象明顯，這既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶。

空氣中氧氣含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)是九年級(jí)化學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中抽象的壓強(qiáng)變化一直是學(xué)生理解的難點(diǎn)。在以往的教學(xué)過(guò)程中教師只是從理論角度，紙上談兵式地分析壓強(qiáng)先升高后降低的整個(gè)過(guò)程。若將氣體壓力傳感器（見圖2） [3]引進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，不僅能夠?qū)鈮鹤兓詳?shù)據(jù)和圖像的“可視化”方式呈現(xiàn)出來(lái)，而且還可以定量測(cè)定紅磷燃燒前后密閉體系內(nèi)的壓強(qiáng)，進(jìn)而算出空氣中的氧氣含量。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（見圖3）相比，該實(shí)驗(yàn)更準(zhǔn)確、直觀，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得與具體的情境和過(guò)程有機(jī)結(jié)合。

二、幫助學(xué)生深層次地學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)

在新課標(biāo)的要求下，華南師大錢揚(yáng)義教授于2009年首次提出“曲線表征”的定量分析方法，并構(gòu)建化學(xué)“四重表征”教學(xué)模式，包括宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征、曲線表征?！八闹乇碚鳌蹦Ｊ接欣趯W(xué)生從本質(zhì)上理解化學(xué)概念、反應(yīng)本質(zhì)和實(shí)驗(yàn)原理。初中化學(xué)對(duì)復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件只要求停留在宏觀層次，即有氣體，或沉淀或水生成，而且該內(nèi)容還在書本“拓展視野”部分，這使得學(xué)生對(duì)酸堿鹽的化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)總感覺一知半解，不透徹。我們?cè)谥v授該部分內(nèi)容時(shí)可以將宏觀和微觀相結(jié)合，先幫助學(xué)生理解復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的微觀本質(zhì)是溶液中自由移動(dòng)的離子數(shù)目減少，再過(guò)渡到宏觀上的條件，真正做到從本質(zhì)上理解該知識(shí)，這也有利于學(xué)生高中段化學(xué)的學(xué)習(xí)。通過(guò)引進(jìn)電導(dǎo)率傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中溶液的導(dǎo)電性變化，通過(guò)導(dǎo)電性的減弱來(lái)驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的微觀本質(zhì)。

三、幫助學(xué)生更新已有化學(xué)知識(shí)

長(zhǎng)期以來(lái)，由于受到傳統(tǒng)化學(xué)儀器的限制和化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜性的影響，中學(xué)化學(xué)教材和老師的教學(xué)中常會(huì)出現(xiàn)一些含糊其辭，甚至錯(cuò)誤的知識(shí)。例如：空氣中氧氣含量的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇什么反應(yīng)？帶火星木條驗(yàn)滿氧氣的方法科學(xué)嗎？鐵絲燃燒一定要在純氧中嗎？在密封容器中蠟燭熄滅是不是意味著氧氣沒有了，如果有氧氣，還有多少？收集CO2一定不能用排水法嗎？等等一系列大家似乎都知道答案的問(wèn)題，通過(guò)采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，以其多類型的傳感器，多通道的數(shù)據(jù)采集器，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與我們?cè)鹊恼J(rèn)知大相徑庭，這有利于教師在平時(shí)教學(xué)過(guò)程中及時(shí)糾正和更新化學(xué)知識(shí)。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以其直觀、便攜、實(shí)時(shí)、綜合、綠色的優(yōu)點(diǎn)，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用深度和廣度也將不斷被拓展。正如唐增富（第一屆數(shù)字化實(shí)驗(yàn)一等獎(jiǎng)獲得者）老師所說(shuō)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)該研究如何更好地為學(xué)生服務(wù)，而不是為教學(xué)服務(wù)，為老師的科研服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏建華.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)深度融合[M].安徽：安徽教育出版社，2016.

[2]唐增富.用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)演示濃硫酸的吸水性[J].化學(xué)教育，2011（6）：62.

[3]王壽紅.氣體壓力傳感器在“空氣中氧氣含量測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2014，30（8）：28-29.

編輯 張珍珍endprint