试论数字化实验技术在中学化学教学中的应用

2019-09-10张画花杨怀明

安徽教育科研 2019年1期

张画花杨怀明

摘要：数字化实验是指在传统实验的基础上，引入数字化实验技术的实验，它是信息技术与传统实验课程整合的重要载体。本文从理论上分析将数字实验引入中学化学教学的可行性并辅以实际教学应用案例，利用手持技术通过测定溶液pH 的变化，探究盐溶液浓度、溶液酸碱度的改变和温度的高低等对盐类水解程度大小的影响，以期对提高化学课堂教学的有效性起到促进作用。

关键词：数字实验手持技术中学化学教学应用

一、数字化实验介绍

通俗地讲，数字化实验就是利用传感器来完成的实验。我们使用各种传感器，如压强传感器、电导率传感器、浑浊度传感器等，将实验中获得的数据传递给数据采集器，并传入电脑，并由电脑软件实时分析数据并即时高效地呈现出分析结果。

二、数字化实验技术在化学教学中的应用特点

数字化实验实现了信息技术和中学化学实验教学的深层次融合。从数字化实验自身的优势和化学学科的特点角度来说，数字化实验的应用特点如下：

1.有利于从定量角度开展实验

化学教学中有些实验，如沉淀的转化、弱电解质电离程度等，无论学生实验还是教师演示实验，都很难看到直观的实验现象，一些由实验推导得到的结论也显得较为苍白。而利用数字化实验，这些问题将迎刃而解。可利用浑浊度传感器、pH传感器等记录信号，经数据采集器收集后，在电脑上直观地呈现出来，学生通过对数据分析，自然而然地得出结论。原本只能定性开展的实验变为定量实验，学生从知识的被动接受者变为知识的主动探究者，改变了原有的学习方式。

2.有利于直观地观察瞬间变化

一些化学实验进行得很迅速，重要的片段难以捕捉。如酸碱中和滴定中，pH变化的连续性，传统实验利用pH计测量滴定过程中的pH，取点连线画成图像。由于教学时间的限制，该实验在课堂中很难完成。而数字实验可以利用自身强大的数据处理功能，即时且高效地将数据反映成图像来描述滴加过程中pH变化的规律，滴定过程中酸碱性在不断变化，而每一次细微的变化都被记录下来，pH变化曲线不再是由点连成的线，更能准确地表达滴定时pH的变化。

3.有利于学生理解抽象的原理知识

高中阶段有些原理较为抽象，学生理解起来较为困难。例如2NO2N2O4这样一个平衡体系，压强影响平衡的移动，增大或减小压强平衡体系如何变化，不少学生觉得很棘手。而利用数字化实验，通过压强传感器测出压强的变化，再由电脑软件直观地显示，整个过程不需要过多的言语解释，学生便可以清晰地看到实验结果，从而将原本较难理解的原理快速地理解吸收，学生突破了学习的难点，教师突破了教学的重点。

4.有利于学生开展课内外探究

相对于一些比较复杂的传统实验，数字化实验操作起来更加简便、安全性也有保障。这为学生开展课外实验提供了有力的保障，教师可以放手让学生去探究。对一些在课堂内无法开展的实验，引导学生提出相关假设，激发学生兴趣，让学生在兴趣的驱动下进行拓展实验，亲自动手来验证自己的假设和猜想。但教师需要为学生课外实验提供技术和设备上的支持，如此让数字实验从课内走向课外，发挥更大的作用。

三、数字化实验技术在化学教学中的应用实例

实验名称：探究影响盐类水解的主要因素。

實验目的：感受数字化实验技术在化学实验中的应用，学会利用手持技术探究影响盐类水解的主要因素。

实验仪器：数据采集器、pH 传感器（包括pH电极）、温度传感器、磁力搅拌器、碱式滴定管、滴定管架、烧杯（150 mL）。

实验药品：CH3COONa溶液（0.001 mol/L、0.005 mol/L、0.025 mol/L、0.125 mol/L、0.625 mol/L、2.50 mol/L、 5.00 mol/L）、NaOH（0.0001 mol/L）、蒸馏水。

实验装置图实验步骤：

1.探究溶液浓度对水解效果的影响

（1）取约 80 mL 0.001 mol/L 醋酸钠溶液倒入烧杯中，连接好pH传感器及数据采集器，如实验装置图所示，开启磁力搅拌器和数据采集器测定溶液pH，记录实验数据。

CH3COONa溶液浓度对其pH的影响（2）重复操作上述步骤，分别测量浓度为0.005 mol/L、0.025 mol/L、0.125 mol/L、0.625 mol/L 醋酸钠溶液的 pH。

2.探究溶液酸碱性对水解效果的影响

将0.5 mol/L的CH3COONa溶液1000 mL 倒入烧杯中，连接装置，碱式滴定管中装入0.0001 mol/L NaOH 溶液，开动磁力搅拌器和数据采集器测定溶液pH，记录数据。

溶液酸碱度对CH3COONa溶液pH的影响3.探究温度对水解效果的影响