現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極成果

當(dāng)今社會科技進(jìn)步日新月異，市場上新材料、新工藝、高新技術(shù)集成電路微電子的運(yùn)用，使教育技術(shù)裝備不斷得到提升，課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)也得到飛躍發(fā)展。筆者通過中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)”這個知識點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法的變化、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)的過程，探討實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展對中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)果的影響。

現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的運(yùn)用使得學(xué)生對這個知識點(diǎn)的認(rèn)識從簡單的感性認(rèn)識逐漸提高到半定量分析，繼而提升到定量分析。起初，“電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)”在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用分體的導(dǎo)電儀為主要儀器，裝置及原理圖如圖1、圖2所示。

實(shí)驗(yàn)要求分別檢測相同物質(zhì)的量濃度的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹽、弱酸、弱堿（其中酸、堿都采用一元酸、堿，鹽為一元酸、堿中性鹽）五種類型溶液導(dǎo)電性強(qiáng)弱，從強(qiáng)、弱電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性強(qiáng)弱的角度驗(yàn)證強(qiáng)、弱電解質(zhì)在水溶液中電離的程度。另外，還附帶檢驗(yàn)非電解質(zhì)不能導(dǎo)電。

這種導(dǎo)電儀電路設(shè)計相對簡單，技術(shù)含量不高，主要以小燈泡通電后發(fā)光的明暗來顯示電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性，能夠達(dá)到一定的實(shí)驗(yàn)演示直觀效果。相同物質(zhì)的量濃度的電解質(zhì)溶液，因?yàn)槠湓谒芤褐械碾婋x程度有大、小，造成在通路中能參與導(dǎo)電的離子數(shù)量有多、少（相當(dāng)于電路中不同阻值的電阻），最終導(dǎo)致通路中相同規(guī)格小燈泡的發(fā)光程度有明、暗，將內(nèi)在的不可見的電離程度以外在的發(fā)光程度來直觀呈現(xiàn)。但是這種導(dǎo)電儀并未能給人以一種“量”的區(qū)分，只是一種初淺的概念感覺。

后來，對導(dǎo)電儀進(jìn)行了整合設(shè)計，采用印刷電路板，用多個發(fā)光二極管來顯示溶液的導(dǎo)電性強(qiáng)弱，裝備目錄上名稱為電解質(zhì)溶液導(dǎo)電演示器。該演示器整體的設(shè)計比較精美，使用起來比較方便，演示對比直觀效果也很理想。目前的電解質(zhì)溶液導(dǎo)電演示器一般以5個發(fā)光二極管為一組，替代原來導(dǎo)電儀的小燈泡，以并聯(lián)電路的方式組成一個可以同時檢測5種溶液導(dǎo)電性的演示器。如圖3、圖4、圖5所示，該演示器通電后，通常情況下，0.5 mol/L的鹽酸、NaOH溶液、NaCL溶液可以將5個發(fā)光二極管點(diǎn)亮；0.5 mol/L的氨水、醋酸溶液可以點(diǎn)亮2個發(fā)光二極管；非電解質(zhì)（如酒精）溶液則5個發(fā)光二極管都不亮。這樣的實(shí)驗(yàn)直觀效果可以給人半定量的區(qū)分，在一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在精度要求不高的情況下，效果應(yīng)該說已經(jīng)可以了。

當(dāng)前在教育裝備中出現(xiàn)了一種數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器——DIS實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。它全方位運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)，將微機(jī)接口、傳感技術(shù)和運(yùn)算程序集成一體，組成智能化的實(shí)驗(yàn)儀器，可以做上百種演示和分組實(shí)驗(yàn)，基本上實(shí)現(xiàn)了若干種實(shí)驗(yàn)中的定量分析。新一輪的課程改革，更重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、尤其是探究性實(shí)驗(yàn)，更突出科學(xué)源于生活的特點(diǎn)。

數(shù)字實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)引進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)測量技術(shù)，采用液晶顯示，可作獨(dú)立主機(jī)使用，它融合傳感技術(shù)、光機(jī)電一體化技術(shù)及軟件技術(shù)，共同完成對物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的探究實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)充分支持新課改下學(xué)生進(jìn)行多方面探究學(xué)習(xí)的環(huán)境，創(chuàng)設(shè)一個面對真實(shí)事物進(jìn)行探究的環(huán)境。

DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器和傳感器組成，傳感器對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，而數(shù)據(jù)采集器對測得的數(shù)據(jù)圖線進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：1）將數(shù)據(jù)測量、記錄和處理的過程實(shí)現(xiàn)“自動化”，提高實(shí)驗(yàn)過程的效率和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性；2）填補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對動態(tài)、微小信號，暫態(tài)信號測量的空白；3）提供強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)，在得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時，也提供數(shù)據(jù)處理以及分析，實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)處理與分析的功能。

用DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來做電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，首先把五只電導(dǎo)率傳感器數(shù)據(jù)傳輸接口插入數(shù)據(jù)采集器；然后啟動數(shù)據(jù)采集器，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行設(shè)定后，點(diǎn)擊“開始”；接著把電導(dǎo)率探頭浸入待測溶液中。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示，得到圖7所示圖形。

從數(shù)據(jù)采集器顯示屏上，可以直觀地看到傳感器實(shí)時測量采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖表曲線（圖7），可以看到圖表及數(shù)據(jù)信息，通過這些信息，可以精確了解待測溶液的導(dǎo)電性問題。從DIS系統(tǒng)對電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集分析處理圖表中，可以看到縱坐標(biāo)直觀顯示電解質(zhì)溶液導(dǎo)電強(qiáng)弱的區(qū)分（電離程度），橫坐標(biāo)直觀顯示電解質(zhì)溶液導(dǎo)電過程的平穩(wěn)（電離平衡）。這些都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器難以實(shí)現(xiàn)的，這就是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

通過以上比較，可以看到每采用一種新的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)技術(shù)，就會提升一個實(shí)驗(yàn)效果，使學(xué)生對知識的認(rèn)知更進(jìn)一步，對學(xué)生探究真理，提高科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識有極大的好處。

（作者單位：天津市普通教育技術(shù)裝備管理處）