化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化、數(shù)字化教學(xué)實(shí)踐與研究

孫海濤

摘 要： 化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到其他任何教學(xué)方法無(wú)法替代的作用。然而，新課改下化學(xué)實(shí)驗(yàn)往往因?yàn)閷?shí)驗(yàn)藥品有毒有害、難于體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理等原因在實(shí)際課堂教學(xué)中被弱化，尤其是學(xué)生實(shí)驗(yàn)。作者就如何更好、更有效地開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化、數(shù)字化實(shí)踐探究。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué) 微型化 數(shù)字化

目前，筆者在廈門多所學(xué)校學(xué)生中投放了一份關(guān)于《實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)開(kāi)展情況》調(diào)查表，表中設(shè)置了課本實(shí)驗(yàn)教師完成情況、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)次數(shù)、分組實(shí)驗(yàn)課堂紀(jì)律等多個(gè)問(wèn)題。從回收的問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在廈門的許多學(xué)校，讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)困難重重。為什么？調(diào)查中，教師反映了以下幾種情況：1.學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件不好，進(jìn)行不了。2.學(xué)生組織紀(jì)律差，不聽(tīng)話，難管。3.實(shí)驗(yàn)藥品有毒、有害，危險(xiǎn)性大。4.高考不考實(shí)驗(yàn)操作，講實(shí)驗(yàn)、播實(shí)驗(yàn)視頻、動(dòng)畫比做實(shí)驗(yàn)快，對(duì)高考得分更有幫助。5.傳統(tǒng)部分實(shí)驗(yàn)存在一些難以解決的問(wèn)題，做了等于沒(méi)做，解釋不清。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，成功地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)施教過(guò)程中起到非常關(guān)鍵的作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解科學(xué)概念，都起到其他任何教學(xué)方法所無(wú)法替代的作用。

筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)分組實(shí)驗(yàn)難進(jìn)行、實(shí)驗(yàn)原理難從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察得出兩個(gè)方面進(jìn)行了探索。

一、微型化分組實(shí)驗(yàn)

分組實(shí)驗(yàn)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主要方式，它是結(jié)合教材讓學(xué)生更深入地觀察、認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的重要途徑，并能系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及獨(dú)立工作能力。但是由于實(shí)驗(yàn)條件限制、學(xué)生紀(jì)律差、藥品有毒等問(wèn)題使得這種教學(xué)形式在本地區(qū)得不到有效實(shí)施。為解決此問(wèn)題筆者嘗試把部分分組實(shí)驗(yàn)改為微型實(shí)驗(yàn)。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本特征是：（1）實(shí)驗(yàn)藥品微量化，實(shí)驗(yàn)儀器微型化；（2）微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單縮微或機(jī)械減量，而是在微型化的條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)與探索，達(dá)到以盡可能少的藥品獲取盡可能多的、更有效化學(xué)信息的目標(biāo)，是在微型化的條件下對(duì)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性變革。

實(shí)踐活動(dòng)一：在進(jìn)行濃硫酸性質(zhì)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)到濃硫酸的吸水性、脫水性時(shí)，教師布置實(shí)驗(yàn)：①取一根火柴，火柴頭蘸濃硫酸，在空氣中靜置10秒。②另取一根火柴，把火柴梗蘸濃硫酸，觀察現(xiàn)象。

學(xué)生個(gè)個(gè)爭(zhēng)先恐后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到：①中火柴燃燒；②中火柴梗變黑。隨后進(jìn)行課堂討論，最后總結(jié)出：①中濃硫酸吸水，過(guò)程放熱，導(dǎo)致火柴頭溫度達(dá)到著火點(diǎn)，同時(shí)在空氣中，有氧氣助燃，因此燃燒起來(lái)。該實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)的是濃硫酸的吸水性。②中火柴梗的材質(zhì)為木料，變黑是發(fā)生炭化，此過(guò)程中H、O元素被濃硫酸奪走，僅剩下C元素，所以觀察到變黑現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)的是濃硫酸的脫水性。

實(shí)踐活動(dòng)二：在魯科版《海水中的元素》的教學(xué)過(guò)程中，講到鹵素之間發(fā)生置換反應(yīng)。傳統(tǒng)教學(xué)采用試管發(fā)生反應(yīng)，藥品使用量大，鹵素?fù)]發(fā)嚴(yán)重，反應(yīng)后溶液處理任務(wù)大?，F(xiàn)改用白色點(diǎn)滴板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如右圖）。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，藥品使用量小，操作簡(jiǎn)便，人人可動(dòng)手，適于做隨堂實(shí)驗(yàn)。

采用微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，人人動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，方便了同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)，同時(shí)有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化動(dòng)手能力訓(xùn)練，強(qiáng)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課堂

實(shí)驗(yàn)原理，體現(xiàn)化學(xué)思維，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的拓展，有利于訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行拓展，應(yīng)該廣泛考慮學(xué)科內(nèi)外各部分知識(shí)之間的聯(lián)系，綜合運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)手段以達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)效果。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)通過(guò)傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳入電腦，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析與探究?；趥鞲衅鞯挠?jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)建模和圖像分析等技術(shù)是開(kāi)展中學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課堂的兩大技術(shù)支撐，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫仃U述原理，突破教學(xué)難點(diǎn)。

實(shí)踐活動(dòng)三：在《碳酸鈉和碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)》活動(dòng)探究中，①在試管中加入1～2mL碳酸鈉溶液，向其中逐滴滴加鹽酸，邊滴邊振蕩。②在試管中加入1～2mL鹽酸溶液，向其中逐滴滴加碳酸鈉溶液，邊滴邊振蕩。這兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象從碳酸鈉與鹽酸分步反應(yīng)原理（Na■CO■+HCl=NaHCO■+NaCl，NaHCO■+HCl=NaCl+CO■↑+H■O）來(lái)看應(yīng)該會(huì)有不同，①開(kāi)始時(shí)無(wú)氣泡，繼續(xù)加入，有氣泡產(chǎn)生；②一加入馬上有氣泡。但實(shí)際操作時(shí)往往無(wú)法得到預(yù)期現(xiàn)象，故在闡述碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)原理時(shí)缺乏實(shí)驗(yàn)支持，只能讓學(xué)生死記硬背。針對(duì)此情況，筆者采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)證明碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)藥品：0.1mol·L-1Na■CO■溶液、0.1mol·L■NaHCO■溶液、2mol·L■鹽酸

實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)、燒杯、酸式滴定管、朗威DISLab6.0數(shù)據(jù)采集器及配套計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、磁力攪拌器

實(shí)驗(yàn)裝置如圖：

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖：

圖1 Na■CO■溶液中滴 圖2 NaHCO■溶液中滴

加鹽酸的曲線圖 加鹽酸的曲線圖

碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)有兩個(gè)突躍范圍，而碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)只有一個(gè)突躍范圍，如果將圖1所示曲線與圖2中第一次突躍后的曲線進(jìn)行疊加，就能發(fā)現(xiàn)兩者基本能重合。這充分說(shuō)明了Na■CO■與HCl反應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行。

在教學(xué)活動(dòng)中，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，教師總是要采用一定的手段作用于學(xué)習(xí)主體，教學(xué)手段成為教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的組成部分。通過(guò)微型化、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，既鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，又培養(yǎng)了學(xué)生的自主探究、自我學(xué)習(xí)能力，完善了學(xué)生的思維品質(zhì)，大大提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平，優(yōu)化了高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

微型化、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是針對(duì)教學(xué)中某些實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題而進(jìn)行的創(chuàng)新性改革，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的繼承和發(fā)展。我們的教材中有很大一部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有深刻的教育意義，因此，我們應(yīng)做好創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、研究能力提升到更高層次，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更符合新課改的培養(yǎng)目標(biāo)，更符合新時(shí)期的教育方針。

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