利用數字化實驗測定補鐵藥物中鐵元素的含量

研究課題：用傳感器技術測定補鐵藥物中鐵元素的含量。

選擇背景：信息技術應用于科學實驗研究已經成為現代科學研究主要手段，這是時代發展的趨勢，教育是要培養順應時代要求的人才，同時將現代化技術應用于中學教學中是培養學生核心素養的重要途徑之一。

教育部頒發的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中指出：信息技術對教育發展具有革命性的影響，必須予以高度重視。自2010年以來中國教育學會按照《發展規劃綱要》一直在致力于推廣數字化實驗。目前數字化技術應用教學已在全國各地包括新疆等教育比較落后的區域推廣，對數字傳感器不局限于教材實驗中應用，已經開始深入到教學研究中，傳感器種類越來越豐富，應用的領域越來越廣泛。相對而言，四川省在數字化實驗使用和研究上相對滯后，面對時代的進步、新課程標準的推進，我們必須要迎頭而上。2017年3月我們課題組教師代表有幸參加了2017年全國化學數字化實驗教學應用成果交流與培訓會議，我們期望以這節數字化實驗研究課堂給老師們傳達會議精神，并督促自身學習實踐。

教學目標：培養學生團隊合作、自學、實踐、創新、表達的素養，積極主動接受新觀點、新方法、新技術的素養，綜合運用學科知識解決問題、嚴謹求真的科學研究素養。教學方式：翻轉課堂

學情分析：高二理科班學生對元素化合物知識、化學反應基本原理、基本實驗操作等理論知識儲備較為豐富，具有一定實驗方案設計、評價能力，具有一定的查閱文獻、自主學習、分析解決問題的能力，具有一定的數學、物理、信息技術綜合運用能力。

教學設計：活動一：自主學習。教師活動：課前布置研究任務：測定補鐵藥物琥珀酸亞鐵中鐵元素的含量（mg/片）。學生活動：（1）獨立思考，盡可能多的設計實驗方案，寫出實驗原理（或主要化學方程式）、主要步驟;（2）小組交流，優化方案，每個小組精選1—2個實驗方案，準備課堂交流。設計意圖:自主學習，養成學會學習、創新思維、團隊合作的核心素養

活動二：展示交流。教師活動：物質中有效成分含量測定是化學研究和化工生產中的重要任務，也是高考中實驗題、無機化工流程題中的重要考查內容。補鐵藥物琥珀酸亞鐵說明書中沒有標識每片的鐵元素含量，我們今天的研究任務就是測定每片琥珀酸亞鐵中鐵元素的含量，以單位mg/片表示。課前同學們已經經過學習和思考，請小組代表匯報實驗方案，每個小組發言不超過2min。學生活動：小組代表展示實驗方案設計。設計意圖:檢測課前自主學習效果

活動三：評價優化(略)

活動四：數字化實驗實踐研究。教師活動：問題二：這些中學實驗室常用的實驗方法，是否也是科學研究或化工生產中常用的方法嗎？比如到醫院化驗。隨著科技的進步，科學研究和化工生產中很多化學實驗都可以借助數字化信息技術完成，作為未來接班人的我們也要順應時代的要求，與時俱進，雖然中學實驗室沒有這些大型精密儀器，但是國家為中學實驗室配備了數字化實驗室。（1）數字化實驗裝置及基本工作原理：就是將大型精密儀器中的三大核心部件：傳感器、數據采集器、計算機數據處理系統連接進行的實驗。通過更換傳感器，達到多種實驗目的。雖然精確度沒有大型精密儀器高，但是比傳統玻璃儀器實驗精確度高，常見的傳感器有溫度、壓強、電流、氧化還原電勢、CO2、O2含量等；（2）剛才有同學根據學習資料，提出用色度計測定溶液濃度，思路很好，但實際上色度計并不是直接測定溶液濃度的。目前還沒有直接測濃度的傳感器。不過物質的某些性質與濃度之間有關系，如：對于有顏色的溶液，當溶質和其它外界條件確定時其濃度與對光的透過率存在如下關系：lg(1/T)=kc（朗博比爾定律）。色度傳感器就是通過測定溶液的透光率來測定溶液的濃度。但是溶質不同常數k不同，測定前需要對常數k進行標定。所以，我們必須先配制已知濃度的標準溶液，測定其透光率，標定出常數k。為了提高實驗精確度，一般應多配幾種標準溶液進行標定。然后將待測溶液放入色度計進行測定，即可得出其濃度。請一起做過研究的同學協助一起進行實驗。請同學們注意觀察并記錄數據；（3）物質都有一定的氧化性和還原性，具有氧化性的物質電勢較高，還原性物質電勢較低。當用一種氧化劑滴定還原劑時，電勢從低到高變化，恰好反應時，電勢會有一個突變，與酸堿中和滴定終點時PH會有一個突變一樣，借助氧化還原電勢測定電勢變化判斷滴定終點，比用指示劑顏色變化判斷更準確。滴定操作一般可配套使用滴數傳感器，滴數傳感器滴下的每一滴液滴體積為1/28mL，通過紅外感應技術準確測定滴定液體的滴數，從而記錄滴下液滴的精確體積。滴數傳感器的作用好比滴定管，但是比滴定管操作方便，精確度更高。學生活動：請同學們注意觀察并記錄數據。觀察記錄、數據處理、得到研究結果。感受數字化技術的優越性。設計意圖:培養數字與科技素養

活動五：全課小結。教師活動:通過本次測定補鐵藥物中鐵元素含量測定的實踐研究活動，同學們有何收獲或感想？通過本次研究活動，我也有很多感觸：在實際生活生產中，解決問題的答案并不是像做選擇題一樣，四個里面有且只有一個是正確的。只要肯開動腦筋，方法是很多的，我們要結合實際情況進行優化選擇，如數字化實驗在定量實驗中具有優勢，但在一些簡單的定性實驗中傳統實驗具有原理操作簡單的優勢，如用Cu（OH）2試紙檢驗糖尿病患者尿液中含糖量。總之我們學習的目的并不是為了記住知識，應付考試，而是為了形成當我們走出學校，那些還能留在我們身上的優良素養和品格，更好的認識世界改造世界。而這也正是我們教師的使命。學生活動:交流。設計意圖:反思、升華