初中化学借用数字化传感器激发学生自主学习

严文艳

摘要：自主学习不是单纯记忆知识，而是基于素质与能力的教学指向，培育儿童成为出色的问题解决者。初中化学借用数字化传感器教学，课前做好实验设计，课后提出实验探究的思路来引导学生自主学习，将数字化传感器技术引入到化学探究学习中，可以给学生提供一种发现与判断的情境，学生可以在这一情境中借助计算机处理实验变量、验证假设并探究各变量间的关系，这就为学生提供了诸多学习科学的机会，同时激发学生学习兴趣，不是教师一味的“填鸭式”教學。基于数字化传感器实验的探究学习过程可以增加学生合作交流的机会，学生利用实验得到的定量数据，可以自我建构对化学的认知。

关键词：自主学习;数字化传感器;初中化学;铁丝生锈

21世纪的优质教学包含学习能力的养成，学习动机的养成，借助真实性评价来鉴定学生的达成度。自主学习意味着教学范式从“教”转向“学”，其实质是充分发挥学生的好奇心和挑战性，调动学生的积极性和自主性，使学生在学习过程中充满信心、善于学习、积极主动、敢于探索，从而达到知识的迁移，将所学的理论知识运用于实践的能力。本文认为自主学习实际上就是指在整个化学教学过程中，通过教师的讲解和指导，学生能够积极主动地参与学习、独立思考、发现问题、探究和解决问题的综合素质能力。下面以一则上课实例，来讲解自主学习在初中化学学习中的渗透。

1 实验设计

九年级化学上册（沪教版）第五章第三节有关铁的锈蚀条件探究思路清晰，能帮助学生了解铁锈蚀的原因及防护措施，让学生认识到资源保护的重要性。然而，这组探究实验在课上很难完成，观察铁钉生锈需要2天以上时间才有较明显变化，若提前做好实验拍照给学生看，学生感知不到生锈时气体的消耗，所以借助传感器技术和改进实验，提升课堂效率。传感器技术有着数字化感知、测量准确和实时性记录的特点，学生能更明显、更直观的探究实验。在做铁生锈对比实验室时发现需要空气的参与，我们习惯性思维默认是空气中的氧气，却忽略了二氧化碳在这个锈蚀过程中起到加快锈蚀的作用。本实验不拘泥于课本，敢于创新设计，不仅能培养学生的认知能力，对于培养学生的创新意识与创新热情都有着显著效果。

传统实验是将铁钉或铁丝放入试管中，本实验对其进行改进（如图一），分别有一下几点：

1.1将铁钉改为铁丝，实验前方便打磨，用砂纸磨擦3，4次去除表面的氧化膜。铁丝接触面积大，能更快观察到生锈现象和消耗气体的速率。

1.2为加快生锈消耗气体的速率，将纯水改为20°C时NaCl的饱和溶液。本实验使用的铁丝为生铁，NaCl溶液作为铁锈蚀的电解质，发生电化学腐蚀，缩短锈蚀时间。

1.3为防止铁丝接触到水而快速生锈消耗气体，传感器探头无法及时探测到。所以实验前将水先加入大试管中，试管内壁水擦拭干，将铁丝绕成螺旋状置于试管中部且不至于落下，悬上传感器探头后再通过振荡的方式让水与铁丝接触。

1.4为证明铁锈蚀需要二氧化碳的参与，增加一组实验，测定二氧化碳含量的变化。

2 实验步骤

2.1按图1连接好装置，并检查装置气密性良好。为加强装置气密性，氧气传感器探头用生料带捆绑2～3圈并涂抹凡士林。

2.2配置室温下饱和食盐水10ml装入100ml的大试管中，用吸水纸将管内壁食盐水吸干，防止铁丝加入时立即锈蚀消耗氧气。用电子天平称量5.0g铁丝，绕成螺旋状置于试管中部。

2.3旋紧氧气传感器探头，连接数据采集器，氧气传感器，氧气探头和计算机，如图2。

2.4点击Edislab Pro实验平台（数字化传感器软件）并记录氧气浓度数据，如图3。课堂上为快速让学生感知氧气的消耗，只采取80s的数据变化。

2.5实验结束，观察铁丝生锈情况，表面出现红色锈迹。

3 问题并分析数据

用数字化传感器呈现铁丝生锈消耗气体的真实情况，学生关注数据变化时极其专注。氧气传感器测定总共耗时80s，大大缩短生锈时间，氧气体积分数由21.0%降至15.0%，实验现象也明显。

化学书上得出结论铁丝生锈消耗的气体是氧气，但是空气中的气体种类繁多，其中活泼型比较强的还有二氧化碳。那么，空气中的二氧化碳是否也会参与反应？为证明铁锈蚀需要二氧化碳的参与，学生提出具体建议，不改变实验操作装置，增加一组实验，测定二氧化碳含量的变化。旋紧二氧化碳传感器探头，连接数据采集器和计算机，点击Edislab Pro实验平台并记录二氧化碳浓度数据。二氧化碳传感器测定总共耗时80s，二氧化碳体积分数由360ppm（ppm指体积分数，等同于0.036%，气体测定含量低时使用）降至102ppm。经过相关资料查阅，金属锈蚀大部分为电化学腐蚀。本次实验所用铁丝为铁碳合金，二氧化碳溶于水形成碳酸，碳酸电离出H+和CO32-，构成原电池，形成析氢腐蚀。

负极：2Fe - 4eˉ= 2Fe2+

正极：2H++ 2eˉ= H2

4 反思与评价

数字化实验是基于计算机平台的使用，具有设备简单、操作方便、准确度高等特点，以真实的实验为基础完成实验，能更形象更精确的用数据展示给学生：什么是化学，化学研究些什么，发生了哪些化学变化，化学的微观世界，化学给我们带来了什么。整个实验的设计与方案都是由学生生成，学生在课堂中参与度高，用精准的数据来证明铁丝生锈的真实性。与以往课堂相比较，气氛更活泼，启发性更强，思考更深入。书本上的知识有一定固化性，学生习惯性的去接受，缺乏主动思考过程。本实验添加探究活动，激发学生自主学习，在学习到新知识的同时，提升思维力度，加强逻辑推理能力。自主的化学课堂，给学生们带来不仅是一节课的知识，是一种学习的品质，并带来核心素养的提升，学习能力的延伸。作为一线教师，不只是授之以鱼，更应授之以渔。

参考文献

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