從南京市近三年中考看初中化學數字化實驗的滲透

陳勇

摘要：近三年南京市中考化學試題出現了新類型，均滲透了數字化實驗數據，對學生的學習能力提出了新的要求。因此，有必要在初中開展數字化實驗教學，針對性地提高學生的化學學習能力和化學基本素養。

關鍵詞：中考化學;數字化實驗;實驗教學

文章編號：1008-0546（2018）10-0082-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

近三年，南京市中考化學試題中均引入了數字化實驗，在考查學生能力方面提出了新的要求。基于對實驗現象的定性分析，增加對具體實驗數據的定量分析;在定性探究實驗中物質組成或利用質量守恒定律進行簡單含量計算的基礎上，進一步定量認識實驗過程和現象的本質。需要學生在已有的實驗認知上進一步觀察、分析、推導，學生容易在做題時迷惘。因此，有必要在平時的實驗教學中引入數字化實驗，幫助學生學習定量認識實驗的變化過程，從新的角度探究化學實驗的本質，從而更好地適應中考化學的新理念。

一、數字化化學實驗簡介

數字化實驗裝置由傳感器（探頭）、數據采集器和計算機（軟件）三個部分組成，常用于定量采集各種實驗數據。與傳統化學實驗相比，數字化化學實驗可以觀察和分析化學實驗中的微小變化，實時監測和記錄化學反應過程中各因素變化，將化學反應和現象的本質轉化為直觀的、可監測的數據信號，并以圖表形式展示其變化特征及趨勢，實現定性實驗定量化、實驗變化過程的可視化和精確化，幫助學生從新的角度去認識化學實驗，同時更深入地理解化學現象和反應背后的本質和規律。初中化學實驗中常用的傳感器主要有溫度、濕度、pH值和壓強傳感器四種[1]。

二、中考化學試題中數字化實驗的滲透

近三年南京市中考化學試題中均有滲透了數字化實驗。2016年中考實驗探究題注明了“用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21%”，2017年中考實驗探究題和2018年選擇題都引用了通過pH傳感器測定的滴定過程中溶液酸堿度的變化曲線。題中均給出了明確的實驗數據，重點考查學生觀察圖表，分析、推理化學反應本質的能力。

1.2016年中考化學22題：測定空氣中O₂的體積分數

【試題節選】

實驗與交流：在老師的指導下，小明分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，請從燃燒條件的角度回答產生上述結果的主要原因_________________.

【試題特點】

（1）給出了精確的實驗測定數據。盡管傳統實驗也可以測定空氣中氧氣的含量，但是無法回避由于實驗操作導致的系統誤差，測定的結果偏差較大。而采用數字化實驗，可以簡化繁瑣的實驗操作，從而有效減小人為誤差，使實驗結果更加精確。并且，精確的數據更加具備說服力，引導學生跳出傳統的人為操作誤差分析。

（2）引發學生的認知沖突，激勵學生進一步探究實驗本質。試題指出采用紅磷和白磷兩種相似的物質測定，但都存在誤差，且實驗誤差不同。針對該誤差分析，題中指出從“燃燒條件的角度”思考，學生通過分析燃燒的三個條件，自然地聯想到是由于選用的可燃物不同。進而從物質的性質角度去思考，結合初中階段對紅磷和白磷的已有認知，得出正確的結論：由于二者之間著火點不同，白磷的著火點比紅磷低，因此它更易燃燒，更加充分地消耗氧氣。學生對燃燒的原理也有了更深的理解。

2.2017年中考21題：探究碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉的某些性質

【試題節選】

實驗探究3：向等體積、含等碳原子數的碳酸氫鈉和碳酸鈉溶液中，分別逐滴加入一定濃度的鹽酸，得到下列PH變化與時間的關系（變化曲線）如圖2、圖3所示。

交流與反思：b點的溶質為_______（寫化學式），將圖2和圖3的陰影部分進行疊加，發現兩者基本重合，c點的溶質_______（寫化學式）。

得出結論3：通過上述分析，碳酸鈉和鹽酸反應過程，可以依次用以下兩個化學方程式表示：_______、

結論與反思：通過PH（不同物質的）判斷反應的進程。

【試題特點】

（1）以圖像的形式直觀地呈現反應過程的本質。傳統實驗在碳酸鈉溶液中滴加稀鹽酸，學生會觀察到開始時無明顯現象，過一會開始產生氣泡，再根據質量守恒定律推斷反應的進程，即反應是否發生以及產物是什么。依據簡單的實驗現象進行理論性猜想、推理，說服力不足，多數學生無法真正理解反應的本質。通過數字化實驗，則可以實時檢測反應時溶液的PH值，繪制反應過程中PH變化的圖像，直觀、清晰地呈現反應中關鍵物質的變化趨勢，使實驗過程、結果可視化，物質變化的過程蘊含其中。幾個曲線的轉折點就是反應物種類改變的時刻，曲線的走勢則是反應的進行程度。

（2）利用圖像突破知識重難點。試題涉及的內容屬于高中化學，在高中教學中也是重難點。如果仍依托于傳統實驗，初中階段將無法進行探究和考核。但借助于數字化實驗可以檢測、記錄、繪制反應過程中溶液PH變化的圖像，可以順利引導初中生分析圖像中重要關鍵點的坐標，逐步解析PH變化曲線的走向和趨勢，依據圖像中觀察到的信息，厘清反應的實質，即反應中關鍵物質的變化。

（3）對學生的學習能力和化學素養提出新的要求。在考查學生根據相應的實驗現象判斷化學反應實質的基礎上，進一步考核學生的觀察、分析、理解能力。通過觀察、分析實驗數據繪制的圖像，分析、比較圖像中數據差別、聯系及變化趨勢，推導、認識實驗過程中物質的轉化，最終理解化學反應的本質。傳統的實驗探究能夠考核的化學知識有限，一定程度上無法進一步提高學生的化學素養，而數字化實驗可以為學生提供更多的有效信息，學生在分析中提煉關鍵信息，探索化學反應的本質，深化原有認知，提高自身的化學素養[2]。

3.2018年中考12題：辨析氫氧化鈉和稀鹽酸的中和反應

【試題節選】

下圖為三種不同濃度的氫氧化鈉溶液對應濃度的鹽酸反應的曲線。

下列說法正確的是

A.在a、b、c三種曲線所示的實驗中，所用鹽酸濃度越大，V時所得溶液的PH越大

B.在a曲線所示的實驗中，若用酚酞作指示劑，酚酞溶液由紅色變為無色

C.在a、b、c三種曲線所示的實驗中，反應速率相同

D.在A、B、c三種曲線所示的實驗中，溶液酸性由強到弱的順序是a>b>c

【試題特點】

1.通過圖像分析拓展延伸，綜合考核重難點。傳統實驗只是用酚酞作指示劑，通過溶液顏色的改變，證明氫氧化鈉和稀鹽酸發生了中和反應，并未在中和反應中加入反應物濃度這一概念，且初中階段通常通過考核反應物的濃度是影響化學反應速度的因素之一。本題中則要求學生進一步通過圖像中的起止點，辨析題干中“等濃度”這一概念——對應的酸和堿，起點時酸性越強，終點時堿性也越強，從而準確辨析3條PH曲線的歸屬。

2.跳出“理想實驗”，考核客觀實驗事實。在實際教學中，學生往往會有疑問：為什么中和反應溶液的pH變化情況不是直線，并且都在pH=7時曲線陡升或陡降？傳統實驗無法很好地解決這一問題，而通過數字化實驗實時、準確地測定溶液的pH值，呈現清晰的PH變化過程及趨勢，學生能直觀地認識中和反應，理解該反應的特點，正確認識溶液的酸堿度這一概念。

總之，數字化實驗特有的感官的延伸、表征的多元、數據的可靠、處理的科學，能夠揭示實驗現象的本質、實現定性實驗定量化、實驗變化過程的可視化和精確化，是傳統實驗教學有力的輔助、補充和拓展，與傳統化學實驗可優勢互補、相得益彰。對于教師來說，我們要與時俱進，更新教育教學現念，探索將傳統實驗與數字化化學實驗相結合的新途徑，提高學生的化學學科素養。

參考文獻

[1]朱鵬飛.傳感技術在化學教學中應用情況的調查及分析[J].北學教與學，2014（6）：21-24

[2]唐增富.數字化實驗是助推中學化學教學的利器[J].中學化學教學參考，2018（Z1）：26-30