数字化实验在化学概念教学中的应用

高伟

摘要：化学基本概念教学是中学化学基础理论教学的重要内容。其中复分解反应这一概念是學生学习的重要反应类型，复分解反应发生的条件又是初中化学的一个难点，本节课通过对物质变化现象的分析、比较、抽象、概括等认识过程，形成概念，以数字化实验所得曲线为分析模板，使学生体会将化学反应及变化映射到曲线的过程，通过曲线让学生更加直观清晰地掌握概念和原理，再把宏观现象与微观探析联系起来，突出概念的本质特征促进学生对知识的主动建构。

关键词：数字化实验;基本概念;复分解反应

文章编号：1008-0546（2021）01-0083-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.023

数字化实验是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集各种常见数据并能与计算机连接的实验技术系统。能即时收集数据和自动生成曲线，为适时定量研究实验成为可能。

化学基本概念教学是中学化学基础理论教学的重要内容。其中复分解反应这一概念是学生学习的重要反应类型，复分解反应发生的条件是初中化学的一个难点，对复分解反应这一概念的掌握程度直接影响到学生对酸、碱、盐这一初中化学核心知识的学习…。本节课通过对物质变化现象的分析、比较、抽象、概括等认识过程，形成概念，以数字化实验所得曲线为分析模板，使学生体会将化学反应及变化映射到曲线的过程，通过曲线让学生更加直观清晰地掌握概念和原理，再把宏观现象与微观探析联系起来，突出概念的本质特征促进学生对知识的主动建构。具体流程如下：

一、宏观辨识结合微观探析初步认识复分解反应

按图1进行实验并设问：

同学们观察到了什么现象？（一问学生注意观察实验现象，并能准确描述）。

开始时酚酞溶液变红说明溶液中存在什么离子？（二问从对宏观现象的辨识引向微观粒子的探析，并为探讨反应实质做铺垫）

滴加盐酸后，红色消失说明溶液中的离子发生的怎样的变化？（三问从宏观辨识和微观探析，认识盐酸和氢氧化钠发生了反应）

还有什么方法能证明盐酸和氢氧化钠发生反应了呢？

二、引入数字化实验，通过宏观曲线数据进行微观实质的探讨

通过pH传感器和滴数传感器，完成以下实验：向40mL溶质质量分数为0.4%氢氧化钠溶液中逐滴滴人稀盐酸，测定溶液pH变化。（通过数字化实验，感受复分解反应数据的变化。）（图2）

根据图像，pH=7时，消耗稀盐酸的体积为___ mL。

请根据刚才的实验数据，利用化学方程式计算稀盐酸的溶质质量分数。（氢氧化钠溶液和稀盐酸的密度近似为1g/cm3）（四问通过曲线的分析，从定量的角度认识复分解反应，并能进行简单的计算。）

分析曲线中不同点对应的溶质是什么，它们在水溶液中以什么形式存在？（五问通从对宏观曲线各点的分析，引入微观实质的探析）

通过以上分析，在上述反应过程中哪些离子发生了变化？如何表示出来？（六问通过微观探析，认识复分解反应发生的原因，并用离子方程式表示。）

通过离子表达式，可以发现这个反应为什么可以发生？（七问通过符号表达式，认识这个反应发生的原因）

结合下面两个反应分析，除了生成水会导致离子浓度减小，还有哪些情况也会导致离子浓度减小？

由此，得出复分解反应的实质为：酸、碱、盐溶液中某些“特殊”的阴、阳离子相互结合，形成沉淀、气体或水，导致溶液中离子的浓度减小。

（八问通过符号表达式，从盐酸和氢氧化钠溶液发生反应的原因引申探讨复分解反应发生的实质）

义务教育阶段的化学教育就是要引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念;启迪学生的科学思维，培养学生的实践能力，理解科学的本质，提高学生的科学素养[2]。本节课由于引入了数字化实验，使看不见的溶液中离子浓度的变化，通过曲线和曲线中各点所含溶质的分析，直观地展现给学生。学生不仅能通过对图线的分析，获取相应的数据进行简单计算，实现了从定性定量两个角度认识复分解反应，而通过结合曲线并对曲线中各点溶液中溶质的分析讨论，实现了对复分解反应发生的本质的认识，成功地实现了从宏观辨识结合微观探析全面，正确理解复分解反应这一化学基本概念。

参考文献

[1]杨剑春等著.基于学科核心素养的教学评价引领[M].南京：南京师范大学出版社，2019

[2]杨剑春.课程标准的教学解析和实施建议[M].南京：江苏教育出版社，2012