數字化傳感技術DIS點亮化學課堂

劉 彤

(鎮江市金山實驗學校 江蘇鎮江 212000)

數字化實驗信息系統將數字溫度計、pH計、電導率計、分光光度計等儀器簡易化、微型化，整合于一體。它把信息技術與傳感技術應用到實驗教學環節，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。

1．DIS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．DIS以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。通過運用DIS可以節省時間、提高效率，以便學生能更加集中精力和有更多的時間去觀察、思考和探究，有利于培養科學的學習方法和探究精神。

本文以《中和反應》為例，探討DIS在化學實驗教學中的運用。

一、實驗教學價值

《中和反應》出自上海教育出版社九年級《化學》第二學期7.2常見的酸和堿第三課時的內容。本節課是概念教學，同時也是酸與堿的重要實驗。同時中和反應的教學也為下一階段的復分解反應中酸堿鹽性質的學習奠定了基礎。

對該階段學生而言，已有知識為：酸堿性、酸堿度，以及他們歷經多次的實驗積累經驗。未知知識有：如何判斷無明顯現象的化學反應發生；中和反應的概念。他們已具備了一定的實驗探究和分析問題的能力，想通過自身動手實驗追求理性結果的欲望空前強烈。所以對這樣一個無明顯現象的實驗，如何證明反應的發生，整個學習過程對培養學生實驗探究及創新能力的意義遠超過了實驗結論本身。

二、實驗設計思路

教材中該實驗的設計意圖有以下三點：

通過反應開始和結束時對溫度的測量讓學生感受到該反應中存在能量變化。

借助指示劑說明兩者反應的客觀事實，并通過蒸發方法驗證產物。

讓學生感受到反應過程中反應物的量的變化與溶液酸堿性的關系。

在平時的教學中我發現實驗存在以下三點細節問題可待改進：

學生難以直觀認知反應中溶液酸堿性的變化以及熱量的變化過程。

學生難以理解中和反應發生的本質。

學生會將滴定過程中顏色剛好褪去的滴定終點默認為呈中性。

接下來請大家看我的設計，我采用的是數字化實驗系統。

三、實驗教學過程

【情境引入】學生實驗：氫氧化鈉與鹽酸的反應。學生觀察不到明顯的實驗現象【情境深入】兩者是否發生化學反應？

讓學生從化學變化的本質入手，即反應物的消失和新物質的生成兩個角度進行實驗設計，他們會設計出以上的實驗方案，借助酚酞指示劑、紫色石蕊試液判斷反應物的消失、蒸發反應后溶液有晶體析出判斷有新物質生成證明二者發生反應。同時我提供溫度計，引導學生思考有時候化學反應的現象并非只有通過肉眼觀察，并進行學生實驗。

【情境再深入】(加深形與數)

視頻實驗1：燒杯中盛放的是氫氧化鈉溶液，插入設備有PH傳感器、溫度傳感器，電導率傳感器、滴數傳感器、再不斷滴入鹽酸的過程中實時記錄數的變化并繪制成溫度—時間曲線和pH—時間曲線圖像，電導率—時間曲線。學生通過對數和形的分析輕松得出結論：溫度曲線的最高點和pH在7附近的曲線是對應一致的，這個時刻酸堿恰好完全反應，從而推斷出熱量的確來自于該化學反應。

那么熱量究竟來自哪些微粒的主動結合呢？我又借助該裝置繼續完成一組實驗，在硝酸鈉溶液中滴入氯化鉀溶液。我引導學生對圖像進行分析，學生發現產生的熱量的確與氯離子和鈉離子的主動結合沒有關系，熱量可能來自于酸中的氫離子和堿中的氫氧根離子所結合而放出的。學生了解到中和反應就是酸和堿發生反應生成鹽和水，并放出熱量的過程，本節課重難點由此突破。

【概念建構】為了讓學生體會到一個實驗并不具有普遍性的思想，我又借助這套裝置做了兩組演示實驗，替換了酸和堿的種類，分別是氫氧化鈉和硫酸以及氫氧化鋇和鹽酸的反應，也得到了這樣的數和形。

四、教學反思

本節課以氫氧化鈉溶液與鹽酸這一典型無現象實驗為例，由教材的定性探究出發到通過數字化實驗從反應過程中的溫度變化、PH變化以及反映離子濃度變化的電導率三個定量角度來研究中和反應的概念及本質。

這樣的形數合一，在許多初中化學探究實驗中都可以得到廣泛的應用。實驗現象之多彩，數字曲線之曼妙，賦予化學更專業、更真實的氣質，煥發我們實驗最本真的東西——化學之美。