數字化實驗在化學教學中的應用

崔文瑜

一、研究背景

信息技術與學科課程整合已經成為當前國際基礎教育改革的趨勢與潮流。數字化傳感技術作為一種新型的教學實驗工具，具有便攜性、實時性、準確性、綜合性、直觀性等特點。這些特點決定了它會對科學教育產生重大的影響和幫助。

在大數據時代，我們需要不斷地更新教育理念，依托新的教育技術來進行教育改革。在化學教學過程中，數字化傳感技術不僅僅是一種單一的技術手段，而應該成為教學創新的支點。基于數字化傳感實驗的探究學習過程可以增加學生合作交流的機會，學生利用傳感實驗得到的定量數據，可以自我建構對化學理論的理解。

二、研究意義

數字化傳感技術作為一種利用現代電子數碼科技進行實驗的方法，使用方便快捷，且準確度較高，深受教師和學生歡迎。將數字化傳感實驗與化學探究學習相結合，可以為探究學習和提高學生科學素養提供新思路。

新的探究學習模式能有效地改變學生靜坐聽講、一味枯燥地被動接受知識的局面，引導學生感受高新科技時代的氣息，增強他們探究科學問題的興趣和求知欲。讓學生用科學探究的方式獲得知識和體驗科學探究的步驟、過程，培養他們科學探究的能力和對科學探究的理解力。

三、數字化傳感實驗的特點

與動畫模擬和教學課件這類信息技術相比，數字化傳感技術能夠深入化學知識內部，更加直觀、定量和全面地輔助化學教學。目前，在化學上使用較多的傳感器有pH值傳感器、溫度傳感器、電導率傳感器等。

pH值傳感器是測量酸堿度的，可以表征溶液的氫離子濃度。一般可以用來測量反應過程中的pH值變化。常見的反應有酸堿中和反應;也可測量某種溶液的pH值，某種溶液不僅指化學藥品，也可是天然的蔬菜和水果，還可指示不同pH值條件下物質的溶解或水解情況，如，硫酸鉛在不同pH值條件下的溶解。

溫度傳感器是用來測定溫度的。一般可以用來測反應熱，如，酸堿中和反應，也可用來測定某一物質的溫度，如，酒精燈火焰;還可指示不同溫度下溶液中的電離情況，如，溫度對醋酸的電離度的影響。

電導率傳感器用來測量溶液的電導率，可以表征溶液中自由移動離子的濃度變化。一般可以測定化學反應過程中的電導率變化，如，酸堿滴定過程中的電導率變化;也可測量某一溶液的電導率，如，果蔬原電池電解液的電導率;還可通過換算得到化學反應速率，如，乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定。

除了上述幾種傳感器，離子傳感器、光傳感器、溶解氧傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、電壓傳感器、色度計傳感器、電流傳感器和氣壓傳感器等在化學中也有應用。

化學數字化傳感實驗具有以下特點：

（1）實驗測量手段多樣化。利用傳感技術，可以同時測量同一實驗過程中的pH值、溫度、電導率等，可以做傳統實驗手段做不好和做不出的實驗，豐富實驗測量的手段。

（2）實驗過程可視化。可以將反應的過程以數據和曲線圖的形式展現，特別是對那些肉眼無法觀察到反應是否發生的化學反應，如，無色的離子反應、氣體反應等。

（3）化學實驗過程化。化學傳感技術是將化學信號轉化為可檢測的物理信號通過計算機顯示出來，實驗系統可以自動、連續收集實驗數據，通過圖像、數據表格等形式動態實時地顯示化學實驗的變化過程。

（4）實驗測量結果數字化。通過應用實驗中收集到的大量數據，進行數據統計、數據公式計算、曲線擬合等數據處理，得出定量的數據表示實驗測量的結果。

這四個特點中，前兩個特點的研究和應用已經較多，后兩個的研究還相對較少，而傳感實驗的價值更多地體現在后兩點上。

編輯 王團蘭