数字化传感技术DIS点亮化学课堂

刘 彤

(镇江市金山实验学校 江苏镇江 212000)

数字化实验信息系统将数字温度计、pH计、电导率计、分光光度计等仪器简易化、微型化，整合于一体。它把信息技术与传感技术应用到实验教学环节，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。

1．DIS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．DIS以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。通过运用DIS可以节省时间、提高效率，以便学生能更加集中精力和有更多的时间去观察、思考和探究，有利于培养科学的学习方法和探究精神。

本文以《中和反应》为例，探讨DIS在化学实验教学中的运用。

一、实验教学价值

《中和反应》出自上海教育出版社九年级《化学》第二学期7.2常见的酸和碱第三课时的内容。本节课是概念教学，同时也是酸与碱的重要实验。同时中和反应的教学也为下一阶段的复分解反应中酸碱盐性质的学习奠定了基础。

对该阶段学生而言，已有知识为：酸碱性、酸碱度，以及他们历经多次的实验积累经验。未知知识有：如何判断无明显现象的化学反应发生；中和反应的概念。他们已具备了一定的实验探究和分析问题的能力，想通过自身动手实验追求理性结果的欲望空前强烈。所以对这样一个无明显现象的实验，如何证明反应的发生，整个学习过程对培养学生实验探究及创新能力的意义远超过了实验结论本身。

二、实验设计思路

教材中该实验的设计意图有以下三点：

通过反应开始和结束时对温度的测量让学生感受到该反应中存在能量变化。

借助指示剂说明两者反应的客观事实，并通过蒸发方法验证产物。

让学生感受到反应过程中反应物的量的变化与溶液酸碱性的关系。

在平时的教学中我发现实验存在以下三点细节问题可待改进：

学生难以直观认知反应中溶液酸碱性的变化以及热量的变化过程。

学生难以理解中和反应发生的本质。

学生会将滴定过程中颜色刚好褪去的滴定终点默认为呈中性。

接下来请大家看我的设计，我采用的是数字化实验系统。

三、实验教学过程

【情境引入】学生实验：氢氧化钠与盐酸的反应。学生观察不到明显的实验现象【情境深入】两者是否发生化学反应？

让学生从化学变化的本质入手，即反应物的消失和新物质的生成两个角度进行实验设计，他们会设计出以上的实验方案，借助酚酞指示剂、紫色石蕊试液判断反应物的消失、蒸发反应后溶液有晶体析出判断有新物质生成证明二者发生反应。同时我提供温度计，引导学生思考有时候化学反应的现象并非只有通过肉眼观察，并进行学生实验。

【情境再深入】(加深形与数)

视频实验1：烧杯中盛放的是氢氧化钠溶液，插入设备有PH传感器、温度传感器，电导率传感器、滴数传感器、再不断滴入盐酸的过程中实时记录数的变化并绘制成温度—时间曲线和pH—时间曲线图像，电导率—时间曲线。学生通过对数和形的分析轻松得出结论：温度曲线的最高点和pH在7附近的曲线是对应一致的，这个时刻酸碱恰好完全反应，从而推断出热量的确来自于该化学反应。

那么热量究竟来自哪些微粒的主动结合呢？我又借助该装置继续完成一组实验，在硝酸钠溶液中滴入氯化钾溶液。我引导学生对图像进行分析，学生发现产生的热量的确与氯离子和钠离子的主动结合没有关系，热量可能来自于酸中的氢离子和碱中的氢氧根离子所结合而放出的。学生了解到中和反应就是酸和碱发生反应生成盐和水，并放出热量的过程，本节课重难点由此突破。

【概念建构】为了让学生体会到一个实验并不具有普遍性的思想，我又借助这套装置做了两组演示实验，替换了酸和碱的种类，分别是氢氧化钠和硫酸以及氢氧化钡和盐酸的反应，也得到了这样的数和形。

四、教学反思

本节课以氢氧化钠溶液与盐酸这一典型无现象实验为例，由教材的定性探究出发到通过数字化实验从反应过程中的温度变化、PH变化以及反映离子浓度变化的电导率三个定量角度来研究中和反应的概念及本质。

这样的形数合一，在许多初中化学探究实验中都可以得到广泛的应用。实验现象之多彩，数字曲线之曼妙，赋予化学更专业、更真实的气质，焕发我们实验最本真的东西——化学之美。