基于傳感技術的DISLab在化學實驗教學中的應用

占建斌

【摘要】 數字化實驗信息系統（DISLab）作為一項先進的技術引入課堂教學，對新課程教學內容和教學方式變革具有明顯的支持作用，為信息時代下的化學實驗帶來了新的變革，必將成為新課程教學改革的必然趨勢和重要突破口。

【關鍵詞】 化學 實驗教學

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）07-168-01

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一、數字化實驗信息系統的構成及特點

數字化實驗信息系統即Digital Information System Laboratory，簡稱DISLab，是通過加載智能化的傳感器、數據采集器和實驗分析軟件包構成的新型實驗系統。DISLab以其便捷、實時、準確、直觀、開放、交互等特點，將化學反應的本質及現象轉化為可監測的圖像信號，為學生學習提供了強大認知工具和發展平臺，極大程度地豐富了學習環境，使學生真正成為信息加工的主體，獲得知識的主體。

1.DISLab改變了傳統實驗過程中對實驗信息與數據的感知方式和采集方式，使實驗采集的數據更精確。

2.DISLab通過計算機和分析處理軟件為工具，對煩瑣的數據處理進行了整合，實現了數據采集、處理、描述同步進行的實時實驗模式，改變了實驗數據的處理方式和結果表達方式，使結果的表達更豐富。

3.改變了傳統實驗教學模式。DISLab與傳統實驗儀器相比有更高的精確度、準確性、適時性和探究性，是傳統中學教學實驗儀器的一次革命性的突破。

二、DISLab在化學實驗教學中的應用價值

DISLab創造性地應用于中學化學實驗教學，為化學教學提供了全新的技術手段和數字化教學實驗平臺，為化學實驗教學增添了新的活力，豐富了化學實驗的內涵和教育功能。

1.微觀參數宏觀化、可視化。利用DISLab可以實時捕捉、快速采集、智能化處理實驗過程中難以記錄的物理參數和實驗數據，實現了實驗變化過程與數據采集、儲存、處理、圖像傳輸同步，增強了實驗過程的可視性。

2.抽象概念原理具體化、靜態數據動態化。由于傳感技術數字化、曲線化的突出特點，使其直接支持核心化學概念和原理的教學，使學生獲得的實驗數據不再是靜態而是動態的，不僅有結果，而且有過程。通過數據的圖像輸出、線性擬合、數學建模等多種形式的處理，可以發現隱藏在數據背后的化學規律和原理。

3.綜合實驗微型化、定性實驗定量化。DISLab相當于把大型分析儀器微型化，使許多原理簡單，但由于實驗條件、實驗設備和實驗技術限制而難以量化的傳統實驗和定量探究實驗得以進行，對于學生定量研究意識和創新能力的培養具有積極作用。

三、新課程背景下運用DISLab進行化學實驗教學的實踐

下面以兩道高考試題為例，分析和探討新課程背景下實驗教學目標和方向的變化。

例1.（08年廣東）電導率是衡量電解質溶液導電能力大小的物理量，根據溶液電導率變化可以確定滴定反應的終點。左下圖是KOH溶液分別滴定HCl溶液和CH3COOH溶液的滴定曲線示意圖。下列示意圖中，能正確表示用NH3·H2O溶液滴定HCl和CH3COOH混合溶液的滴定曲線的是（ ）

該題要求要求考生讀懂題干提供的圖例，理解滴定過程溶液導電率的變化。正確答案為D，難度系數均低于為0.3，說明學生對這一過程的理解存在困難。如果利用數字化實驗技術，可以直觀地為在滴定過程的這些物理參數變化提供科學數據。圖1截取的是利用DISLab做出的曲線。該圖以量化的形式真切地將NH3·H2O滴定HCl —HAc混酸的電導滴定曲線以量化的形式展現在學生面前，這樣就從學生更易感知和理解的角度探討了電解質溶液滴定過程中的宏觀表現形式，這就是數字實驗所帶來的獨特的優勢。

例2.（09年寧夏）將氫氧化鈉稀溶液滴加到醋酸稀溶液中，下列各圖示意混合溶液有關量或性質的變化趨勢，其中錯誤的是（ ）

該題較全面地考查了酸堿中和滴定過程中，溶液的濃度、溫度、pH及電導率的變化過程，錯誤答案為D.圖2截取的是利用DISLab做出的NaOH—HCl酸堿中和滴定pH變化曲線。圖3截取的是冰醋酸在稀釋過程中電導率變化曲線，可以非常直觀地為在滴定過程的這些物理參數變化提供科學數據，并以此進行遷移解釋。

綜合以上圖例，可以看出，利用DISLab可以優化常規實驗，將化學反應的現象及本質轉化為可監測的圖像信號，將傳統教學中的定性實驗進行定量化驗證，從而化解教學難點，豐富了化學實驗的研究內容、拓寬了化學實驗的研究范圍，幫助學生更深入地研究化學反應的本質和規律，實現了從傳統的學習模式向資源型、研究型、交互型、協作型及網絡化學習模式轉變，必將帶來教學模式和學習方法的革命。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]鄧峰，錢揚義，林耿勉.手持技術在酸堿滴定中的應用研究[J]教學儀器與實驗， 2007， 23（1） ：12-14.

[2]王彤.儀器分析與實驗[M].青島： 青島出版社， 2000：129.