DISLab技術優化高中化學實驗教學探究

摘 要：數字化信息系統實驗室（Digital Information System Laboratory），簡稱DISLab，是一種新型實驗系統，筆者通過在化學實驗教學中引入DISLab技術，探究其優點和局限性，倡導在傳統實驗基礎上選擇性地合理使用DISLab技術，優化高中化學實驗教學。

關鍵詞：DISLab 高中化學實驗教學 優化

中圖分類號：G623 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）05（c）-0000-00

1 簡單介紹DISLab技術

數字化信息系統實驗室（Digital Information System Laboratory），簡稱DISLab，它是在傳統的實驗儀器的基礎上，通過加載智能化的傳感器、數據采集器、計算機和實驗分析軟件，構成的新型實驗系統。（1）傳感器：傳感器能接受外界信號并以電信號的形式傳輸到數據采集器。傳感器種類很多，有溫度傳感器，壓力傳感器，光傳感器，氣體傳感器、酸度傳感器等。（2）數據采集器：數據采集器是連接傳感器和計算機的橋梁，其模數轉換裝置將傳感器采集到的電信號轉換為計算機能識別的二進制信號并傳輸到計算機。（3）計算機和實驗分析軟件：DISLab實驗分析軟件運行于Windows環境下，數據分析功能強大，經其自動處理，便可輸出為實驗所需要的相關數據和圖表。

2 DISLab技術在化學實驗教學中的運用實例

2.1 中和滴定曲線的繪制

在傳統實驗儀器的基礎上，我們增加了pH傳感器、光電門傳感器（自動液滴計數器）、數據采集器、計算機、磁力攪拌器。實驗時用移液管移取20ml 0.1mol·L-1 NaOH溶液至一只100ml燒杯中，滴入2～3滴酚酞，將燒杯置于磁力攪拌器上。將光電門傳感器接于酸式滴定管出口處；將pH傳感器放入盛有NaOH溶液的燒杯中，使電極玻璃泡完全浸入液面以下，且不能與磁力攪拌子碰撞。打開預裝程序，設置“計算表格”，添加變量“V”記錄滴入的HCl滴數（代表HCl滴入體積）；打開磁力攪拌器，待系統顯示的pH值穩定后，打開酸式滴定管活塞，使酸液以1滴/秒勻速滴下；當pH降至2時，關閉酸式滴定管活塞。點擊“繪圖”，設定X軸、Y軸得出一組“V-pH”數據點。點擊“設置”，取消“只畫離散點”即可得到酸堿反應的滴定曲線。

2.2 影響硫代硫酸鈉與酸反應速率的因素

我們增加了色度傳感器（濁度傳感器）、數據采集器、計算機。實驗時連接數據采集器、色度傳感器、計算機并進入預裝軟件，在色度傳感器顯示窗口中選擇“Blue”（硫為黃色，主要吸收藍光）。向比色皿中滴加適量0.5mol·L-1 Na2S2O3溶液，將比色皿置入色度傳感器樣品槽內，再向比色皿中滴加適量0.5mol·L-1 H2SO4溶液，系統將自動記錄下溶液不同時間下的吸光度。更換0.2mol·L-1 Na2S2O3溶液與0.2mol·L-1 H2SO4溶液重復以上操作。

2.3 鐵的吸氧腐蝕實驗

我們增加了氧傳感器、溫度傳感器、數據采集器、計算機。實驗時將還原鐵粉、碳粉、飽和食鹽水裝入三頸燒瓶，連接數據采集器、氧傳感器、溫度傳感器、計算機并進入預裝軟件，將氧傳感器和溫度傳感器接入三頸燒瓶，待數據穩定后，打開攪拌器記錄“時間-溫度-氧濃度”數據。

以上幾個實例中，體現了DISLab技術在優化高中化學實驗教學中的強大功能：（1）酸堿中和滴定的教學難點是如何讓學生理解滴定過程中pH值突躍的真實存在。在傳統的滴定實驗中，學生很難真實感受到這一現象。通過應用DISLab技術，演示滴定曲線的獲得過程，學生可以直觀的觀察到滴定過程中pH值的突躍是客觀存在的，順利得出結論：變色點附近pH變化非常顯著，指示劑的變色點雖然不是反應終點，但引起的實驗誤差并不大，可確保酸堿中和滴定這一分析方法的科學性和準確性；（2）影響硫代硫酸鈉與酸反應速率的因素的實驗中，怎樣判斷反應速率是一個關鍵點，傳統實驗教學中在錐形瓶下面墊的一張畫有“十”字的白紙，通過溶液中出現的渾濁將“十”字完全遮蓋的時間來比較反應速率，這個方法有很多人為干擾因素，而利用色度傳感器就能客觀準確地判斷反應速率的大小，我們還可以鼓勵學生積極思考，利用氣體傳感器通過測定反應過程中產生的二氧化硫氣體的濃度來比較反應速率，也可以利用酸度傳感器通過測定反應過程中氫離子的消耗來比較反應速率，從而拓展學生的視野，開闊他們的思路；（3）鐵的吸氧腐蝕實驗中，氧氣的消耗不能被直觀的觀察到，傳統實驗中通過與試管相連的導管倒吸一段水柱的方法來間接地證明消耗了氧氣，而利用氧傳感器、溫度傳感器，就能在計算機上直接顯示鐵在腐蝕過程中消耗了氧氣，而且放出了熱量。

3 DISLab技術優化高中化學實驗教學中的思考

3.1 DISLab技術的優點在于提供了改進實驗手段和途徑

DISLab技術的優勢是能夠在很短的時間內采集和處理大量的實驗數據，使實驗結果更真實、更精確；它能夠檢測信號量的微小變化和瞬間變化，使實驗的研究范圍大大擴展；計算機接口可實現多通道并行采集數據，數據采集和數據分析可同時進行。這些技術特點，使DISLab可以高質量的實現許多傳統實驗儀器難以達到的實驗效果，使原本較難完成或不能完成的實驗有了實施的可能，在很大程度上提高了學生的實驗設計能力，有助于學生發現問題、形成假設并進行驗證。

3.2 DISLab技術有其不可回避的局限性

首先DISLab技術整套系統比較先進，要達到預期教學的目標，對教師、學生的綜合能力有更高的要求，正確熟練的操作DISLab技術需要一個漫長的學習過程；其次DISLab的自動化程度高，易使學生單純關注實驗數據的采集、處理，而高中化學的實驗教學目標主要是培養學生觀察、操作、分析、歸納、計算等能力，過度依賴DISLab技術會使化學實驗形式化和游戲化的傾向，這顯然與高中化學課程標準的能力要求相違背。

4 結語

DISLab技術是教育技術的進步，無論理論還是實踐都證明DISLab技術應用于教學具有非常獨到的優點。但考慮到高中化學的實驗教學目標主要是培養學生觀察、操作、分析、歸納、計算等能力，教學中對DISLab系統的利用應該做到恰到好處，傳統實驗與數字化實驗在教學中應當取長補短。只有在用了數字化實驗后能加深學生對化學原理、概念的理解，提高實驗測量的精度，以及需要大量數據進行分析處理時，用數字化信息系統實驗室才是比較合適的。

參考文獻

[1] 田凌云.數字化校園中的三種學習方式[J].高等教育研究學報，2003（26）2：82～83.

[2] 穆玲.傳感器技術在高中化學教學中的應用初探[J].中國科教創新導刊，2010，15：50.