基于传感技术的DISLab在化学实验教学中的应用

占建斌

【摘要】 数字化实验信息系统（DISLab）作为一项先进的技术引入课堂教学，对新课程教学内容和教学方式变革具有明显的支持作用，为信息时代下的化学实验带来了新的变革，必将成为新课程教学改革的必然趋势和重要突破口。

【关键词】 化学 实验教学

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2017）07-168-01

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一、数字化实验信息系统的构成及特点

数字化实验信息系统即Digital Information System Laboratory，简称DISLab，是通过加载智能化的传感器、数据采集器和实验分析软件包构成的新型实验系统。DISLab以其便捷、实时、准确、直观、开放、交互等特点，将化学反应的本质及现象转化为可监测的图像信号，为学生学习提供了强大认知工具和发展平台，极大程度地丰富了学习环境，使学生真正成为信息加工的主体，获得知识的主体。

1.DISLab改变了传统实验过程中对实验信息与数据的感知方式和采集方式，使实验采集的数据更精确。

2.DISLab通过计算机和分析处理软件为工具，对烦琐的数据处理进行了整合，实现了数据采集、处理、描述同步进行的实时实验模式，改变了实验数据的处理方式和结果表达方式，使结果的表达更丰富。

3.改变了传统实验教学模式。DISLab与传统实验仪器相比有更高的精确度、准确性、适时性和探究性，是传统中学教学实验仪器的一次革命性的突破。

二、DISLab在化学实验教学中的应用价值

DISLab创造性地应用于中学化学实验教学，为化学教学提供了全新的技术手段和数字化教学实验平台，为化学实验教学增添了新的活力，丰富了化学实验的内涵和教育功能。

1.微观参数宏观化、可视化。利用DISLab可以实时捕捉、快速采集、智能化处理实验过程中难以记录的物理参数和实验数据，实现了实验变化过程与数据采集、储存、处理、图像传输同步，增强了实验过程的可视性。

2.抽象概念原理具体化、静态数据动态化。由于传感技术数字化、曲线化的突出特点，使其直接支持核心化学概念和原理的教学，使学生获得的实验数据不再是静态而是动态的，不仅有结果，而且有过程。通过数据的图像输出、线性拟合、数学建模等多种形式的处理，可以发现隐藏在数据背后的化学规律和原理。

3.综合实验微型化、定性实验定量化。DISLab相当于把大型分析仪器微型化，使许多原理简单，但由于实验条件、实验设备和实验技术限制而难以量化的传统实验和定量探究实验得以进行，对于学生定量研究意识和创新能力的培养具有积极作用。

三、新课程背景下运用DISLab进行化学实验教学的实践

下面以两道高考试题为例，分析和探讨新课程背景下实验教学目标和方向的变化。

例1.（08年广东）电导率是衡量电解质溶液导电能力大小的物理量，根据溶液电导率变化可以确定滴定反应的终点。左下图是KOH溶液分别滴定HCl溶液和CH3COOH溶液的滴定曲线示意图。下列示意图中，能正确表示用NH3·H2O溶液滴定HCl和CH3COOH混合溶液的滴定曲線的是（ ）

该题要求要求考生读懂题干提供的图例，理解滴定过程溶液导电率的变化。正确答案为D，难度系数均低于为0.3，说明学生对这一过程的理解存在困难。如果利用数字化实验技术，可以直观地为在滴定过程的这些物理参数变化提供科学数据。图1截取的是利用DISLab做出的曲线。该图以量化的形式真切地将NH3·H2O滴定HCl —HAc混酸的电导滴定曲线以量化的形式展现在学生面前，这样就从学生更易感知和理解的角度探讨了电解质溶液滴定过程中的宏观表现形式，这就是数字实验所带来的独特的优势。

例2.（09年宁夏）将氢氧化钠稀溶液滴加到醋酸稀溶液中，下列各图示意混合溶液有关量或性质的变化趋势，其中错误的是（ ）

该题较全面地考查了酸碱中和滴定过程中，溶液的浓度、温度、pH及电导率的变化过程，错误答案为D.图2截取的是利用DISLab做出的NaOH—HCl酸碱中和滴定pH变化曲线。图3截取的是冰醋酸在稀释过程中电导率变化曲线，可以非常直观地为在滴定过程的这些物理参数变化提供科学数据，并以此进行迁移解释。

综合以上图例，可以看出，利用DISLab可以优化常规实验，将化学反应的现象及本质转化为可监测的图像信号，将传统教学中的定性实验进行定量化验证，从而化解教学难点，丰富了化学实验的研究内容、拓宽了化学实验的研究范围，帮助学生更深入地研究化学反应的本质和规律，实现了从传统的学习模式向资源型、研究型、交互型、协作型及网络化学习模式转变，必将带来教学模式和学习方法的革命。

[ 参 考 文 献 ]

[1]邓峰，钱扬义，林耿勉.手持技术在酸碱滴定中的应用研究[J]教学仪器与实验， 2007， 23（1） ：12-14.

[2]王彤.仪器分析与实验[M].青岛： 青岛出版社， 2000：129.