DIS化學創新實驗室建設的探索

唐文偉+凌一洲

摘要：建設DIS化學創新實驗室和開設配套校本課程，其課程設計思路以學牛需要和改變學牛的學習方式為本，激發學牛對化學實驗的興趣，培養學牛動于操作、理論聯系實際、應用規律解決問題的能力。化學創新實驗室建設內容包括DIS數字化信息系統的使用、利用DIS裝備改進傳統實驗、設計創新化學實驗等。實踐表明，該課程受到了學牛的歡迎，DIS化學創新實驗室的建設獲得了預期成果。

關鍵詞：DIS；數字化實驗室；傳感器；實驗室建設；校本課程

文章編號：1005-6629（2017）8-0030-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1建設背景

近年來，教師與學生充分體驗了用數字化手段進行實驗的優越性。新時期學生普遍有較強的計算機應用能力，而DIS（數字化信息系統）正是傳感器和計算機組合的新的實驗形式。但是，教材中利用DIS的演示實驗與學生實驗是比較基本、有限的，為了滿足學生多做實驗的愿望，筆者基于DIS創新實驗室開設了《菁創實驗》校本課程，為有需求的學生提供更多的實驗機會。

校本課程相對于基礎課程有其自身的特點：靈活性、適應性、及時性。DIS環境下校本課程的開設體現了教與學的需要，是現代技術發展與新課改不斷推進的必然產物。

2實驗室概況

2009年9月，江蘇省南菁高級中學新校區建成使用，學校以建設“數字化”校園為契機，高度重視實驗室的建設和投入，配備了物理、化學和生物三個DIS數字化實驗室。在隨后的幾年中，學校不斷加大實驗室硬件建設，更新并添置了部分儀器及設備，如高精度天子天平、分光光度計、實驗室凈水裝置、制氧機、pH計、電導率儀、快速水質分析儀等分析儀器，實現建設標準化、管理規范化，這些硬件設施的配置也為依托于化學創新實驗室開設的《菁創實驗》校本課程提供了堅強的硬件支撐。

3課程目標

（1）學會并熟練使用數字化實驗系統，并能利用現有DIS數字化實驗系統及部分化學分析儀器，對傳統實驗進行優化并二次開發。

（2）幫助學生更好地獲得和全面了解化學學科知識，從不同角度去探索科學的研究方法，培養嚴謹的科學態度。

（3）激發學生的潛能，培養創新意識和創新能力，通過對傳統化學實驗創新探索實踐，培養學生的動手操作能力和創新能力。

（4）增強學生學習化學的興趣，樹立科學的世界觀。

4課程設計思路

以校本課程形式開展DIS教學實踐，其課程設計思路始終以學生需要和改變學生的學習方式為本。課程開發設計思路應緊緊圍繞激發學生對DIS實驗的興趣，培養學生動手操作能力、理論聯系實際能力、應用規律解決問題能力。在這樣的設計思路指引下開展實驗的每一個環節，學生能通過實驗探究（以DIS實驗為主，但不局限于DIS實驗），探索科學規律，培養科學探究思維，提升情感態度與價值觀。

5課程內容

（1）化學實驗中傳感器和常見分析儀器的使用（DIS實驗系統分光光度計、電導率儀等）。

（2）課本中的化學實驗問題二次探究（質量守恒定律、化學反應過程中的能量變化、催化劑效能比較、軟硬水檢測）。

（3）生活中的化學問題探究（南菁高中校內水系、敵山灣水pH和溶氧量分析，自來水中余氯量檢測、室內空氣檢測、不同風味的米酒制作等）。

（4）化學“異常”實驗探究（酒精燈、酒精噴燈各層火焰溫度的測定，氯化銨固體與氫氧化鋇固體相遇生成“冰淇淋”實驗等）。

（5）利用溫度傳感器，探索化學反應過程中的能量變化（白熱米飯原理探究、模擬溫室效應、溫室氣體研究）。

（6）探索電化學過程中電流的大小及變化（銅鋅原電池實驗、水果電池實驗、原電池的串并聯）。

（7）利用數字pH計，總結歸納生活中常見食物的酸堿度（中和滴定實驗、測定常見蔬果和市售飲料的pH）。

（8）利用氧氣傳感器和壓強傳感器，比較幾種制氧方式的優缺點（制氧機的使用、氧化法制納米四氧化三鐵、雙氧水分解實驗）。

（9）利用電導率傳感器，進一步理解強弱電解質的區別（自制蒸餾水、硬水軟化、測定不同溶液的電導率實驗；同種溶液不同濃度溶液的電導率曲線；利用c-K曲線圖測定未知溶液的濃度）。

此外還有提取指紋實驗、比色法測定果蔬中維C含量的不同、根據鎂氧化前后的質量變化驗證質量守恒定律、DIS實驗系統對溫室氣體的探究、米酒的制作實驗、探究反應條件對雙氧水分解速率的影響等探究實驗。

6具體實驗案例

《菁創實驗》教學實驗案例是利用碘一淀粉法測定果蔬中維生素C含量的探究實驗。

6.1實驗目的

利用色度傳感器測定未知溶液中的維生素C的含量。

6.2實驗原理

碘液可使淀粉變藍，碘離子（I^-）則不能使淀粉溶液變藍。維生素C具有較強的還原性，可使碘分子還原成碘離子，使淀粉溶液的藍色消退。配制一定濃度的淀粉溶液，定量滴加碘液，維生素C含量的多少決定藍色消退的程度。在一定的濃度范圍內，維生素C的多少與藍色溶液的顏色深淺呈線性關系。利用色度傳感器可測量并繪制出V_c含量標準曲線。測量未知溶液，根據色度傳感器測得數值比對標準曲線，即可得到對應的V_c，含量值。

6.3實驗儀器與藥品

DIS實驗系統、色度傳感器、計算機；抗壞血酸、待測樣品（鮮榨梨汁、橙汁、蔬菜汁）、0.1%水溶性淀粉溶液、0.02mol/L碘液、試管、試管架、蒸餾水、SmL移液管、吸管

6.4實驗步驟

（1）配制下列試劑。

①配制0.02mol/L碘液：稱取0.25g KI溶于lOmL蒸餾水中，再加入0.127g碘，待碘完全溶解后定容至50mL，裝棕色滴瓶待用。endprint

②配制淀粉溶液：稱取O.lg可溶性淀粉，加水lOOmL，加熱攪拌至透明，冷卻待用。

③配制V_c標準液：稱取抗壞血酸0.05g，溶解于蒸餾水中，定容至50mL；利用lOOmg/lOOmL母液，按表1在小燒杯中配制V_c，標準液各lOmL。

④取1～5號5支試管，各加入lOmL 0.1%淀粉溶液和l滴碘液，振蕩變藍。1號試管加5滴水，2～5號試管各滴加A、B、C、D標準液5滴，振蕩后待測。

（2）連接計算機、數據采集器材和色度傳感器，打開通用軟件，顯示色度傳感器讀數。

（3）點擊表格，添加變量c（濃度），點擊“公式”，點擊“白定義公式”，將Fx修改成A，在下面方框內輸入“2-lg（CLl）”。

（4）將1號試管內的溶液加至色度傳感器的比色皿中，將比色皿放入色度傳感器，蓋上蓋子，選擇“R”待讀數穩定后，點擊“校零”。將色度傳感器中的比色皿取出，倒出溶液，用蒸餾水沖洗干凈待用。

（5）在比色皿中加入2號試管中的溶液，將比色皿放人色度傳感器中，蓋上蓋子，讀數穩定后在表格菜單中點擊“點擊記錄”。將色度傳感器中的比色皿取出，倒出溶液，用蒸餾水沖洗干凈待用。

（6）換3、4號溶液重復實驗步驟（5）。將變量c數值依次修改為10、20、30。繪制‘c-A”曲線，顯示離散點。做直線擬合，得到A與濃度c之間的關系式。

（7）利用擬合公式，反推未知溶液濃度x。添加至白定式公式。

（8）榨取少量西紅柿、黃瓜、蘋果、西瓜汁分別滴加至比色皿中，用色度傳感器測量，點擊“點擊記錄”。根據色度傳感器的測量數值可得到相對應的“x”值。

（9）在實驗報告紙上繪制標準曲線。

6.5實驗結論

將實驗所測定的西紅柿、黃瓜、蘋果、西瓜的測定結果列于表2中。

由以上數據可見，4種蔬菜水果中V_c的含量順序是：西紅柿>蘋果>黃瓜>西瓜。

經實驗分析，運用本方法測定蔬菜或水果中V_c的含量快速、準確、簡便，有利于提高工作效率。

7課程實施計劃

（1）課程教學結構。創設情境、小組探究、科技小制作等。

（2）組織形式。實行小組合作探究制。

（3）課時安排。每周1次，每次2課時，每課時40—45分鐘。

（4）活動地點。校內活動地點以DIS數字化實驗室為主，同時利用化學實驗室、物理實驗室、生物實驗室等其他資源，校外活動視情況另行安排。

8課程實施建議

（1）考慮到大多數實驗從儀器準備到實驗過程，再到實驗數據分析處理，占用時間較長，建議每次課的時長為連續的2課時。

（2）理論結合實踐，進一步加強校企合作，提供更多的機會讓學生到相關企業參觀見習。

（3）落實經費保障，加大資金投入，添置實驗儀器，進一步滿足課程發展的需要。

9課程評價方式

（1）對《菁創實驗》開發方案和課程綱要進行評價（課題的合理性、安全性、有效度等進行論證）。

（2）對任課教師的評價（主管領導評價、邀請同行評價、選修學生對教師評價，通過信息反饋和過程監控保證評價的時效性和客觀性）。

（3）對選修學生的評價（學生在學習過程中的表現，態度、積極性、參與狀況、學習效果等，動手能力考核，期末評定“優秀學員”和“最佳學員”，頒發榮譽證書）。

10體會與反思

由于DIS課程是一門全新的、技術要求相對較高的校本課程，《菁創實驗》本著從現有實驗條件、設備、環境等具體情況出發，力求優化課程的每一環節，大膽嘗試、不斷探索，努力為DIS化學創新實驗室建設積累經驗。endprint