DIS在高中化學教學中的運用研究

肖麗華

在信息技術迅猛發展的今天，DIS數字化實驗系統運用于學科教學是科學發展的必然趨勢，DIS數字化實驗系統是由各種傳感器、數據采集器、計算機及配套軟件構成的一種智能化系統，可用于真實實驗的數據采集及處理，并以數據表格、圖像或視頻的形式呈現實驗結果。這種較為先進的多媒體技術會給高中化學教學帶來什么樣的幫助呢？

首先，DIS數字化實驗系統可以解決很多實驗教學中的疑難問題。在傳統的課堂演示實驗時，由于實驗器材相對較小，教師在前面做實驗，只有少數幾個學生能看清楚;若借助實物投影儀，選擇從左到右投影或從上到下投影，又由于受到空間、亮度等很多因素的影響，經常得不到準確的實驗結果。為了克服演示實驗的種種弊端，教師們是各有奇招。例如，在化學反應熱效應的教學過程中，為了讓學生感受到鎂條與鹽酸反應的放熱現象，往往是幾個同學湊在一起用手觸摸試管外壁來感受發燙的放熱結果，條件差的甚至一根試管傳遍整間教室，傳到最后一位同學時試管外壁已經不熱了。即使這樣，也只感受到放熱這個實驗結果，沒有過程。DIS的溫度傳感器及配套設備就完全解決了這些問題，下面是實驗記錄的（部分）數據及圖像：

DIS記錄的數據及圖像不僅讓學生很直觀的“看到” 鎂條與鹽酸反應的放熱，更可以根據圖像知道哪一階段反應最劇烈、溫度上升的最快，反應進行到第幾秒停止溫度開始下降。DIS就是這樣將原本只能用手觸摸來感受到的放熱現象讓學生用肉眼“看”出來，將實驗過程數字化、外顯化，極大地擴展了實驗的“可視性”。雖然實驗結束了，但稍縱即逝的實驗卻被永久地記錄了下來，學生可以反復的觀看、體會，直到領悟其精髓。

其次，DIS數字化實驗系統有著強大的數據處理功能，可以精準得出計算結果，也可將學生從繁瑣的數據處理中解脫出來。例如：在講解醋酸的電離常數只與溫度有關而與濃度無關時，就要求學生計算出25⁰C時不同濃度醋酸的電離常數，這計算量是相當大的，下面就以其中一個為例加以說明。已知25⁰C 1.00mol/LCH₃COOH溶液中，H⁺與CH₃COO^-的平衡濃度都為4.21×10^-3mol/L，求該溫度下CH₃COOH的電離常數。根據電離常數的計算公式，，要準確計算出是比較困難的，為了減小計算量，常把分母代進去算一個近似值，但有些學生卻覺得這樣算出的結果誤差大，不可信，此時就可借助于DIS的pH傳感器及系統的幫助。只要將預先配制好的不同濃度的醋酸溶液，通過pH傳感器將數據采集輸入電腦，并進行一定的設置，系統就會自動顯示出溶液的pH和相應的醋酸的電離常數，操作非常的簡單方便，為學生節省了大量寶貴的時間。

DIS數字化實驗系統極大拓展了學生學習的深度與廣度。例如：驗證壓強對化學平衡：?的影響，增大壓強時氣體的顏色會先變深后變淺，由于肉眼很難觀察到顏色隨壓強的細小變化，就將這個對教學有幫助的化學實驗從教材中刪除了，這不得不說是件憾事。DIS的壓強傳感器可以探測出容器內壓強的變化，色度傳感器可以探測出混合氣體顏色的深淺，就輕松地解決了這個問題。DIS顯示出了增大壓強時平衡移動的動態的實驗過程，幫助我們更輕松地透過現象看清事物的本質，從而得出更加科學的結論。再如：離子反應始終是某些學生學習的難點，混合體系中哪些離子反應了、變少了，哪些離子沒有參加反應，只要借助于DIS的離子選擇性電極就可一目了然。這樣的例子還有很多，DIS讓我們更深刻地揭示客觀世界隱藏的各種規律，讓我們對問題的解釋更加客觀貼切，極大拓展了學習的深度與廣度。

第四，許多研究性學習由于時空等各種條件的限度，缺乏實驗數據的支撐而顯得內容單薄，便攜式DIS設備可以在戶外使用，可以讓學生和教師走出教室，到真實世界中進行學習和研究。比如：研究學校周邊水的污染情況，或某一化工廠排放的廢水是否達到排放標準等。因為要走出教室去做這些事，學生會覺得這就是在應用所學的化學知識，感覺學習是很有用的，于是會更積極、更主動與同伴、與老師交流，設計、討論研究方案，更積極地參與到研究中來，而不是袖手旁觀看熱鬧。DIS數字化實驗系統極大地提高了學生學習的積極性、主動性，也極大地擴展了學生的學習空間。

但是，DIS數字化實驗系統也不是萬能的，常見的傳感器也就只有幾種，這大大限制了DIS的應用范圍;再者，傳統的實驗教學也并不是一無是處，它在培養學生基本實驗能力和實驗素養方面得天獨厚，所以，DIS只是對學校教學和傳統實驗手段的補充和完善，不能完全替代傳統實驗，兩者可以取長補短，相輔相成。我們要結合學校和學生的實際情況，更合理地運用DIS，充分發揮它對教學的優化功能，逐步將其融入教學之中。

*福建省“十三五”中學化學學科帶頭人培養對象專項課題“DIS在高中化學教學拓展性運用的案例研究”（課題批準號XKHX2017002）階段研究成果之一