現代實驗技術對實驗教學的積極成果

當今社會科技進步日新月異，市場上新材料、新工藝、高新技術集成電路微電子的運用，使教育技術裝備不斷得到提升，課堂實驗教學實驗儀器的改進也得到飛躍發展。筆者通過中學化學實驗“電解質溶液的導電性實驗”這個知識點的實驗方法的變化、實驗儀器的改進的過程，探討實驗技術發展對中學實驗教學結果的影響。

現代實驗技術的運用使得學生對這個知識點的認識從簡單的感性認識逐漸提高到半定量分析，繼而提升到定量分析。起初，“電解質溶液的導電性實驗”在中學實驗教學中采用分體的導電儀為主要儀器，裝置及原理圖如圖1、圖2所示。

實驗要求分別檢測相同物質的量濃度的強酸、強堿、鹽、弱酸、弱堿（其中酸、堿都采用一元酸、堿，鹽為一元酸、堿中性鹽）五種類型溶液導電性強弱，從強、弱電解質溶液的導電性強弱的角度驗證強、弱電解質在水溶液中電離的程度。另外，還附帶檢驗非電解質不能導電。

這種導電儀電路設計相對簡單，技術含量不高，主要以小燈泡通電后發光的明暗來顯示電解質溶液的導電性，能夠達到一定的實驗演示直觀效果。相同物質的量濃度的電解質溶液，因為其在水溶液中的電離程度有大、小，造成在通路中能參與導電的離子數量有多、少（相當于電路中不同阻值的電阻），最終導致通路中相同規格小燈泡的發光程度有明、暗，將內在的不可見的電離程度以外在的發光程度來直觀呈現。但是這種導電儀并未能給人以一種“量”的區分，只是一種初淺的概念感覺。

后來，對導電儀進行了整合設計，采用印刷電路板，用多個發光二極管來顯示溶液的導電性強弱，裝備目錄上名稱為電解質溶液導電演示器。該演示器整體的設計比較精美，使用起來比較方便，演示對比直觀效果也很理想。目前的電解質溶液導電演示器一般以5個發光二極管為一組，替代原來導電儀的小燈泡，以并聯電路的方式組成一個可以同時檢測5種溶液導電性的演示器。如圖3、圖4、圖5所示，該演示器通電后，通常情況下，0.5 mol/L的鹽酸、NaOH溶液、NaCL溶液可以將5個發光二極管點亮；0.5 mol/L的氨水、醋酸溶液可以點亮2個發光二極管；非電解質（如酒精）溶液則5個發光二極管都不亮。這樣的實驗直觀效果可以給人半定量的區分，在一般的實驗教學中，在精度要求不高的情況下，效果應該說已經可以了。

當前在教育裝備中出現了一種數字化實驗儀器——DIS實驗室系統。它全方位運用計算機技術，將微機接口、傳感技術和運算程序集成一體，組成智能化的實驗儀器，可以做上百種演示和分組實驗，基本上實現了若干種實驗中的定量分析。新一輪的課程改革，更重視學生科學素養的培養，更強調學生實驗、尤其是探究性實驗，更突出科學源于生活的特點。

數字實驗室系統引進現代先進測量技術，采用液晶顯示，可作獨立主機使用，它融合傳感技術、光機電一體化技術及軟件技術，共同完成對物理、化學、生物等學科的探究實驗。該系統充分支持新課改下學生進行多方面探究學習的環境，創設一個面對真實事物進行探究的環境。

DIS數字實驗室系統由數據采集器和傳感器組成，傳感器對實驗數據進行測量，而數據采集器對測得的數據圖線進行處理。與傳統實驗相比，有如下優點：1）將數據測量、記錄和處理的過程實現“自動化”，提高實驗過程的效率和數據采集的準確性；2）填補傳統實驗對動態、微小信號，暫態信號測量的空白；3）提供強大的軟件系統，在得出實驗數據的同時，也提供數據處理以及分析，實現對大量數據處理與分析的功能。

用DIS數字實驗系統來做電解質溶液導電性實驗，首先把五只電導率傳感器數據傳輸接口插入數據采集器；然后啟動數據采集器，進入實驗平臺，進行設定后，點擊“開始”；接著把電導率探頭浸入待測溶液中。實驗裝置如圖6所示，得到圖7所示圖形。

從數據采集器顯示屏上，可以直觀地看到傳感器實時測量采集的數據產生的圖表曲線（圖7），可以看到圖表及數據信息，通過這些信息，可以精確了解待測溶液的導電性問題。從DIS系統對電解質溶液導電性實驗數據實時采集分析處理圖表中，可以看到縱坐標直觀顯示電解質溶液導電強弱的區分（電離程度），橫坐標直觀顯示電解質溶液導電過程的平穩（電離平衡）。這些都是傳統實驗儀器難以實現的，這就是數字化實驗的優勢。

通過以上比較，可以看到每采用一種新的實驗儀器、實驗技術，就會提升一個實驗效果，使學生對知識的認知更進一步，對學生探究真理，提高科學素養，培養創新意識有極大的好處。

（作者單位：天津市普通教育技術裝備管理處）