數字化實驗技術在中學化學教學中的應用

尤永

【摘 要】數字化實驗就是依靠計算機、數據采集器、傳感器等儀器設備進行實驗的活動。在中學化學教學過程中，數字化實驗改變了教師傳統的化學實驗理念，規范了教師實驗的行為，實現了中學化學教學的新革命。

【關鍵詞】數字化實驗技術 中學化學 教學應用

隨著數字化手持技術實驗在教學中廣泛應用和較為成熟的研究，也推動了其在初中化學中的逐步應用，越來越多的初中化學教師開始學習、研究數字化實驗技術，并嘗試在教學中應用，并取得了一定的成就。

一、化學教學中，數字化實驗的優點

1.數字化實驗對學校的優點

在化學試驗中，實驗一般都會產生有毒氣體，為了保障學生的安全，這就要求學校在化學實驗室中配備通風櫥。但是就目前來看，大多數學校的實驗室都沒有通風櫥。開展數字化實驗教學，對通風櫥沒有要求，從而降低了學校實驗的成本。此外，在化學實驗過程中，如果操作稍有不當，就會造成爆炸或者是毒氣泄漏，從而引發安全事故，但是數字化實驗基本上不會對學生的安全造成威脅。

2.數字化實驗對學生的優點

在數字化實驗過程中，學生可以動手進行操作，并且可以反復地對實驗的過程進行探究，分析實驗的原理，掌握化學儀器的組裝，并在實驗操作過程中探究實驗現象和規律，從而加深學生對知識的理解。此外，對化學實驗進行復習時，學生不必來回穿梭于實驗室，在課堂中就可以完成對實驗的復習，既方便又快捷。

3.數字化教學對教師的優點

由于一些學校的實驗設備陳舊、不健全，無法使學生進行實踐操作，只能以畫圖的方式進行化學實驗教學。如此一來，課堂氣氛就會顯得很沉悶，不能激發學生的學習興趣，達不到良好的教學效果。數字化實驗教學，能夠使學生親自動手進行實踐操作，從而調動學生的學習積極性。此外，對于錯誤操作的演示實驗，無法在課堂上或者是試驗中進行演示，但是通過多媒體，可以使學生觀看到錯誤操作所帶來的后果，從而對學生起到一定的警示作用，告誡學生在實驗過程中不能犯同樣的錯誤。在數字化實驗教學中，教師可以通過多媒體進行反復操作，不僅不會發生危險，而且在反復實驗中，會加深學生對化學原理的掌握，從而達到良好的實驗教學效果。

二、數字化實驗在初中化學教學中的應用

1.化隱為顯

在化學實驗中有很多我們觀察不到的隱性變化，如密閉裝置中氣壓的改變、氣體含量的變化、一些沒有明顯現象的化學反應的發生，常見的有以下這幾個例子：①“手捂法”檢查氣密性的原理；②呼出氣體中氧氣、二氧化碳的含量；③稀鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應；④二氧化碳和水反應、二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應。而通過手數字化實驗我們可以通過數據和曲線將這些隱性的東西顯現出來，化抽象為具體，使原本需要學生憑想象的東西通過數據呈現在眼前。以“呼出氣體二氧化碳、氧氣含量為例”，很多學生誤以為呼出氣體中沒有氧氣或者只有很少的氧氣，通過氧氣傳感器可以測出呼出氣體中還含有較多的氧氣，并且呼吸的深淺不同，氧氣的含量也不同，如下圖所示，從而使學生對呼出氣體中的氣體含量有了更深入、準確的認識。

2.定性到定量

初中化學的很多探究活動停留在定性的層面上，如對于化學反應速率的快慢比較，往往是通過產生氣泡的快慢粗略的判斷，定量測定——比較相同時間內收集到的氣體體積多少，實際操作起來也特別麻煩。利用壓力傳感器可以快速、精確解決化學反應速率比較這一類問題。以“影響酸和金屬反應快慢的影響因素”為例，在兩只大小相同的試管中分別加入等量但大小不同的鎂，再分別加入5mL相同濃度的鹽酸，用壓力傳感器測試管內的壓力變化，通過顯示的數據可以直觀看出鎂的顆粒越小，反應速率越快。

3.由點到過程

對于化學反應，我們往往關注的是反應前后的點，而數字化實驗可以幫助我們深入到反應的過程。以酸堿中和反應為例，在一定濃度的稀鹽酸中逐滴滴入氫氧化鈉溶液，可以采集到連續的pH變化的數據、形成曲線（如下圖所示），真實反應了整個反應過程，學生加深了對中和反應的認識。同時也有助于提高學生的數據和圖形的分析和處理能力，為高中進一步認識中和反應的滴定打下基礎。手持技術加深了初中化學科學探究的深度和廣度。

4.現象明顯化

有些化學現象不太明顯，需要用大量的藥品才能達到很好的演示效果，如溶解時的吸熱、放熱現象、中和反應放熱。可以手持技術較為靈敏，可以感受到細微的變化，并顯示出數據，在用很少藥品的情況下便能達到較好效果。下圖為用溫度傳感器測出的在鹽酸中逐滴加入氫氧化鈉溶液時，溶液的溫度變化。

總之，選擇使用數字化實驗時，應該顯示出數字化實驗的優勢以及必要性，數字化試驗比較適合用在那些過程比較復雜的要采集的數據比較多的數據處理中計算量比較大的實驗。數字化實驗的運用應注意不能濫用，九年級化學處于啟蒙階段，適當的數字化實驗可以錦上添花，但過度追求現代化、數字化，處處定量實驗，反而會使學生覺得化學很深奧，失去學習化學的興趣。