挖掘DIS实验图像信息 培养学生数据处理能力——以“探究中和反应”为例

姜骁威

（江苏省常州市钟楼实验中学 江苏常州 213000）

化学是一门以实验为基础的学科。化学实验能力的培养是义务教育阶段化学课程的主要目标。在以前的初中化学教学中，教师常关注于基础实验操作技能的训练。但在新课程理念的指引下，教师开始关注学生科学素养的培养、实验探究能力的提升[1]。初中化学实验以定性实验为主，实验探究能力的培养也多围绕问题提出、方案设计等方面展开[2]，而对实验数据的处理涉及较少。实验数据的处理、分析是实验的重要环节。对数据的分析不仅能帮助学生认识实验，而且能根据数据进行合理反思和再探究。因此，实验数据处理分析能力的培养对学生科学素养的形成具有重要作用。将传感器技术引入理化生实验是目前较流行的做法。利用传感器和计算机，学生可以在实验过程中直接获取数据图像。挖掘图像信息，结合课堂学习，能有效提高学生的实验数据处理能力[3]。笔者在2014年上半年利用传感器技术开设了一节中和反应实验探究课，利用课堂实验数据，培养学生的数据处理能力。

一、教学片段介绍

本节课的开设源于学生在学习完课本中有关中和反应的内容后，不能理解习题中经常出现的中和反应滴定图像这一问题。利用DIS技术再次进行中和反应实验，用计算机绘制实验图像，能帮助学生进一步理解中和反应过程，提升对这一重要反应的认识。

在课堂教学的前半部分，学生通过pH传感器绘制出了用盐酸滴定氢氧化钠溶液的pH-盐酸滴数图像（如图1），并对实验中的操作、图像误差、图像细节进行了分析、讨论。接着，他们在笔者的带领下开始对图像数据进行进一步分析。

图1

教师：通过实验，我们获得了pH的变化图像。现在，我们以pH=7为分界线，将图像分为三部分。下面，我们一起来分析各部分的溶质情况。

1.pH＞7时，溶液呈____性，呈____色，溶液中的溶质有哪些？在实验中，它们的质量有何变化？

2.pH＜7时，溶液呈___性，意味着所加盐酸处于什么情况？溶液中的溶质又有哪些？在实验中，它们的质量有何变化？

3.pH=7时，溶液呈___ 性，溶液中的溶质有哪些？

二、反思总结

中和反应是化学学科的一类重要反应。初中化学只要求学生定性地认识这种反应，但无论是在习题中，还是在考试中，都会出现pH变化图像，而不是常见的直线或曲线图像。学生对pH变化图像一直似懂非懂。利用DIS技术，学生能直接观测这一反应，并通过自己动手实验、作图，更好地了解中和反应中pH的变化。同时，挖掘图像信息能进一步培养学生对实验数据的处理能力，有助于初中生科学素养的形成。对这节课，笔者做了如下总结与反思。

（一）把握梯度，搭建台阶

中和滴定曲线的绘制、分析属于高中化学的内容，对初中学生来说，难度较大。因此，在这节课的设计上，教师要注意难度的控制，设置好台阶，让学生能一步、一步达成目标。例如，在进行质量分析之前，教师要先让学生根据实验图像分析溶质成分，再分析质量变化，逐步进入图像绘制环节，循序渐进地让学生慢慢形成图像数据的分析、处理能力。再如，在分析完pH=7的情况后，教师可引入方程式计算，为之后的质量变化图像是直线还是曲线的分析及氢氧化钠和氯化钠质量的比较进行铺垫。

（二）把握图像细节，提升分析能力

图像是各类实验中经常出现的一种数据形式。它能直观地给予实验者结果。但是，图像的分析、处理及作图一直是初中生乃至高中生学习的难点。要提高学生的图像分析能力，教师可以让他们参与绘制过程。在制图过程中，他们会开始关注各种细节，如横纵坐标的选择、线的曲直、变化时的拐点等。在看似简单的溶质质量-盐酸滴数图像的制作过程中，教师设计了溶质情况分析、溶质质量计算、变化曲直分析等众多要素。在图像不断改进、完善的过程中，学生的数据处理能力，特别是图像数据处理能力将得到较大提升。

（三）内容难度较大，注意课堂生成

整节课的设计难度还是偏高，学习能力较好的学生能比较顺利地完成教学和学习目标，但中等层次的学生在思考时间充足的条件下，可能仍然难以完成课堂任务。同时，由于DIS实验的特殊性，课堂上会出现许多生成性资源。因此，在课前做好预设性生成是很重要的。对非预设性生成，教师也不能慌张，而应及时帮助学生分析，对有探究价值的资源善加利用，开发出更好的资源。

技术在改变生活，也在改变课堂。DIS等新技术的引入可能会引起教师的恐慌。但是，只要教师去学习、去研究，就会发现，新技术能为课堂带来许多不一样的精彩，能为学生能力的发展搭建更优质的平台。