數字化實驗在化學概念教學中的應用

高偉

摘要：化學基本概念教學是中學化學基礎理論教學的重要內容。其中復分解反應這一概念是學生學習的重要反應類型，復分解反應發生的條件又是初中化學的一個難點，本節課通過對物質變化現象的分析、比較、抽象、概括等認識過程，形成概念，以數字化實驗所得曲線為分析模板，使學生體會將化學反應及變化映射到曲線的過程，通過曲線讓學生更加直觀清晰地掌握概念和原理，再把宏觀現象與微觀探析聯系起來，突出概念的本質特征促進學生對知識的主動建構。

關鍵詞：數字化實驗;基本概念;復分解反應

文章編號：1008-0546（2021）01-0083-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.023

數字化實驗是由數據采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常見數據并能與計算機連接的實驗技術系統。能即時收集數據和自動生成曲線，為適時定量研究實驗成為可能。

化學基本概念教學是中學化學基礎理論教學的重要內容。其中復分解反應這一概念是學生學習的重要反應類型，復分解反應發生的條件是初中化學的一個難點，對復分解反應這一概念的掌握程度直接影響到學生對酸、堿、鹽這一初中化學核心知識的學習…。本節課通過對物質變化現象的分析、比較、抽象、概括等認識過程，形成概念，以數字化實驗所得曲線為分析模板，使學生體會將化學反應及變化映射到曲線的過程，通過曲線讓學生更加直觀清晰地掌握概念和原理，再把宏觀現象與微觀探析聯系起來，突出概念的本質特征促進學生對知識的主動建構。具體流程如下：

一、宏觀辨識結合微觀探析初步認識復分解反應

按圖1進行實驗并設問：

同學們觀察到了什么現象？（一問學生注意觀察實驗現象，并能準確描述）。

開始時酚酞溶液變紅說明溶液中存在什么離子？（二問從對宏觀現象的辨識引向微觀粒子的探析，并為探討反應實質做鋪墊）

滴加鹽酸后，紅色消失說明溶液中的離子發生的怎樣的變化？（三問從宏觀辨識和微觀探析，認識鹽酸和氫氧化鈉發生了反應）

還有什么方法能證明鹽酸和氫氧化鈉發生反應了呢？

二、引入數字化實驗，通過宏觀曲線數據進行微觀實質的探討

通過pH傳感器和滴數傳感器，完成以下實驗：向40mL溶質質量分數為0.4%氫氧化鈉溶液中逐滴滴人稀鹽酸，測定溶液pH變化。（通過數字化實驗，感受復分解反應數據的變化。）（圖2）

根據圖像，pH=7時，消耗稀鹽酸的體積為___ mL。

請根據剛才的實驗數據，利用化學方程式計算稀鹽酸的溶質質量分數。（氫氧化鈉溶液和稀鹽酸的密度近似為1g/cm3）（四問通過曲線的分析，從定量的角度認識復分解反應，并能進行簡單的計算。）

分析曲線中不同點對應的溶質是什么，它們在水溶液中以什么形式存在？（五問通從對宏觀曲線各點的分析，引入微觀實質的探析）

通過以上分析，在上述反應過程中哪些離子發生了變化？如何表示出來？（六問通過微觀探析，認識復分解反應發生的原因，并用離子方程式表示。）

通過離子表達式，可以發現這個反應為什么可以發生？（七問通過符號表達式，認識這個反應發生的原因）

結合下面兩個反應分析，除了生成水會導致離子濃度減小，還有哪些情況也會導致離子濃度減小？

由此，得出復分解反應的實質為：酸、堿、鹽溶液中某些“特殊”的陰、陽離子相互結合，形成沉淀、氣體或水，導致溶液中離子的濃度減小。

（八問通過符號表達式，從鹽酸和氫氧化鈉溶液發生反應的原因引申探討復分解反應發生的實質）

義務教育階段的化學教育就是要引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念;啟迪學生的科學思維，培養學生的實踐能力，理解科學的本質，提高學生的科學素養[2]。本節課由于引入了數字化實驗，使看不見的溶液中離子濃度的變化，通過曲線和曲線中各點所含溶質的分析，直觀地展現給學生。學生不僅能通過對圖線的分析，獲取相應的數據進行簡單計算，實現了從定性定量兩個角度認識復分解反應，而通過結合曲線并對曲線中各點溶液中溶質的分析討論，實現了對復分解反應發生的本質的認識，成功地實現了從宏觀辨識結合微觀探析全面，正確理解復分解反應這一化學基本概念。

參考文獻

[1]楊劍春等著.基于學科核心素養的教學評價引領[M].南京：南京師范大學出版社，2019

[2]楊劍春.課程標準的教學解析和實施建議[M].南京：江蘇教育出版社，2012