高中化學定量實驗教學中數(shù)字化實驗的應用分析

譚鑫

【摘 要】本文從數(shù)字化實驗的引入、切入點等方面分析了數(shù)字化實驗在高中化學定量實驗教學中的應用。希望能為高中化學定量實驗教學工作的開展提供參考。

【關鍵詞】高中化學 定量實驗教學 數(shù)字化實驗 應用

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.04.007

在高中化學教學中，實驗教學作為極為重要的教學部分，也是學生充分理解化學知識和現(xiàn)象的重要途徑。數(shù)字化實驗平臺作為一種數(shù)字化實驗信息系統(tǒng)，其的構成部分主要包括傳感器、計算機、配套軟件及數(shù)據(jù)采集器等。在高中化學定量實驗教學中引入和應用數(shù)字化實驗，可以使化學定量實驗數(shù)據(jù)能夠得到即時處理、編輯和儲存，也是對化學定量實驗教學理念與模式進行創(chuàng)新的重要推動力，有利于提升高中化學定量實驗教學的水平。

一、在高中化學定量實驗教學中引入數(shù)字化實驗

在信息化時代下，數(shù)據(jù)資源的重要性不言而喻，而這也使得數(shù)據(jù)資源的處理和存儲方式逐漸受到了重視。在高中化學實驗教學中，為了提升對化學實驗數(shù)據(jù)的處理效率，數(shù)字化實驗的引入不容忽視。通過引入數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對高中化學實驗教學理念和模式的創(chuàng)新，也為化學實驗教學質量和效率的提升奠定了基礎。在高中化學教學中，大部分化學實驗對實驗環(huán)境都有極為嚴格的要求，如SO2的性質等，為了保證這類化學實驗能夠在安全、可靠的前提下進行教學，一般都會在通風櫥中進行實驗。對于可燃氣體和有毒氣體的實驗也要在安全的環(huán)境中進行，否則很容易引發(fā)可燃氣體爆炸和有毒氣體泄漏等問題，會對實驗人員的人身安全造成威脅。從發(fā)展進程角度分析，化學實驗可以被分為三個時代，即傳統(tǒng)實驗時代、微型化實驗時代和數(shù)字化實驗時代。

其中，傳統(tǒng)實驗時代是化學實驗發(fā)展的第一個時代，實驗過程主要通過常規(guī)玻璃實驗器皿來完成。微型化實驗時代是化學實驗發(fā)展的第二個時代，在這一時代挖掘出了近乎所有的化學實驗現(xiàn)象。數(shù)字化實驗是化學實驗發(fā)展的第三個時代，在這個時代化學實驗的反應過程和化學現(xiàn)象會逐漸被轉換成數(shù)字信號，能夠實現(xiàn)對化學實驗的實時監(jiān)測，可以幫助學生更好地觀察和理解化學現(xiàn)象的本質。由此可見，在高中化學實驗教學中，數(shù)字化實驗的引入，是對化學實驗教學理念與模式的創(chuàng)新，有利于提高化學教師的實驗資源整合能力，而這也為化學實驗教學質量和效率的提升奠定了基礎。

二、在高中化學定量實驗教學中引入數(shù)字化實驗的切入點

在高中化學實驗教學中，為了更好地提升化學實驗教學的水平，對于數(shù)字化實驗的引入，可以從下述三個方面進行考慮：定性到定量的轉變、表象到本質的轉變、質疑到探究的轉變。

傳統(tǒng)化學實驗是對化學反應現(xiàn)象的體現(xiàn)，在傳統(tǒng)化學實驗過程中很難對其實施定量化處理。但將數(shù)字化實驗引入高中化學實驗教學，基于對數(shù)字傳感技術的應用，能夠實現(xiàn)對化學實驗數(shù)據(jù)的完整采集，并利用計算機和配套軟件對化學實驗數(shù)據(jù)進行處理、存儲，最后以表格或圖像等形式對化學實驗數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)。例如，對于濃硫酸的吸水性實驗，從對比試驗角度考慮，對濕度傳感器進行合理使用，可以實現(xiàn)在實驗過程中對密閉容器內空氣相對濕度的變化情況進行實時監(jiān)測，而這個過程也是對化學實驗的定量化控制，體現(xiàn)了數(shù)字化實驗在定性到定量的轉變中所發(fā)揮的重要作用。

從表象到本質的轉變角度分析，在高中化學實驗教學中，數(shù)字化實驗的引入不僅能夠實現(xiàn)對化學實驗教學過程的優(yōu)化，也能夠依靠數(shù)字化實驗對化學實驗過程和現(xiàn)象的更為直接的展示，而幫助學生更好地理解和掌握化學實驗的現(xiàn)象及原理，有利于提升學生學習化學的效率。例如，弱電解質的稀釋實驗，愛弱電解質稀釋過程中，電解質的導電性會發(fā)生變化，但在傳統(tǒng)化學實驗過程中，很難對導電性變化情況進行直觀展示。然而，在數(shù)字化實驗過程中，通過對數(shù)字化技術和電導率傳感器的應用，可以實現(xiàn)對弱電解質稀釋過程中導電性變化情況的實時監(jiān)控，并且通過實驗數(shù)據(jù)，學生也能更加直觀的看到導電性變化情況。在高中化學實驗教學中，數(shù)字化實驗的引入能夠實現(xiàn)對化學實驗本質的直觀展示，可以激發(fā)學生的學習熱情，也能夠幫助學生更好地理解化學實驗現(xiàn)象與相應化學概念之間的聯(lián)系。

在高中化學實驗教學中，數(shù)字化實驗的引入，可以使學生由質疑轉變到探究，有利于幫助學生理解化學實驗反應和現(xiàn)象。在傳統(tǒng)化學實驗過程中，實驗結果與實驗預期之間出現(xiàn)不匹配是極為常見的現(xiàn)象，但這會導致學生對化學教師和化學實驗產生質疑。在這種情況下，對化學實驗技術進行創(chuàng)新和優(yōu)化就顯得十分重要。通過在化學實驗教學中引入數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對化學實驗數(shù)據(jù)的全面搜集，也能夠實現(xiàn)對化學實驗過程的實時監(jiān)控，是更加直觀的展現(xiàn)化學實驗現(xiàn)象和本質的一種方式。通過應用數(shù)字化實驗，可以實現(xiàn)對學生分析和解決問題的能力進行培養(yǎng)，有利于提升化學實驗教學的質量和效率。

三、高中化學定量實驗教學中數(shù)字化實驗的應用

化學實驗最重要的部分就是反應過程，只有通過觀察化學實驗的反應過程，學生才能更好的理解化學實驗現(xiàn)象的發(fā)生原理，進而理解相應的化學理論知識。在高中化學實驗教學中，數(shù)字化實驗的應用能夠更加直觀的展示化學實驗的反應過程，可以幫助學生更好地理解化學實驗的反應過程、現(xiàn)象和本質，有利于學生理解和掌握相應的化學知識。

例如，“金屬的電化學腐蝕”實驗，生活中經常見到的暖寶寶就是對“金屬的電化學腐蝕”實驗的最直接體現(xiàn)。在開展“金屬的電化學腐蝕”實驗教學的時候，化學教師可由暖寶寶的發(fā)熱原理引出這個化學實驗，并針對這個實驗和暖寶寶的發(fā)熱原理提出一些問題，如“暖寶寶模擬裝置是否能構成原電池？”然后在實驗教學過程中，引導學生進行討論，可以使學生通過討論得出原電池的電極反應式，即負極的電極反應式是Fe—2e-=Fe2+，但對于正極反應式會得出兩個結果，分別是O2+2H2O+4e-=4OH-和2H++2e-=H2。在以數(shù)字化實驗方式開展“金屬的電化學腐蝕”實驗的時候，通過觀察數(shù)字化實驗所搜集的實驗數(shù)據(jù)，可以更加直觀的看出金屬電化學腐蝕的正極反應，并得出正極反應式O2+2H2O+4e-=4OH-，這個反應式體現(xiàn)出隨著壓強的減小，金屬電化學腐蝕的正極會發(fā)生吸氧反應。而2H++2e-=H2這個反應式體現(xiàn)的是正極發(fā)生的析氫反應。通過數(shù)字化實驗的應用，可以更加直觀的了解金屬在不同環(huán)境下發(fā)生的腐蝕反應，可以幫助學生更好地理解這個化學實驗的反應和現(xiàn)象。

四、結束語

綜上所述，在高中化學實驗教學中，通過從定性到定量、表象到本質、質疑到探究等轉變角度對數(shù)字化實驗進行引入，并將數(shù)字化實驗應用到化學實驗教學中，可以幫助學生更好地理解化學實驗的反應和現(xiàn)象，進而幫助學生掌握化學實驗的本質，對學生理解和掌握相應的化學理論知識極為有利。