挖掘DIS實(shí)驗(yàn)圖像信息 培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力
——以“探究中和反應(yīng)”為例

姜驍威

（江蘇省常州市鐘樓實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇常州 213000）

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是義務(wù)教育階段化學(xué)課程的主要目標(biāo)。在以前的初中化學(xué)教學(xué)中，教師常關(guān)注于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練。但在新課程理念的指引下，教師開始關(guān)注學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)探究能力的提升[1]。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)以定性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)也多圍繞問題提出、方案設(shè)計等方面展開[2]，而對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理涉及較少。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、分析是實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。對數(shù)據(jù)的分析不僅能幫助學(xué)生認(rèn)識實(shí)驗(yàn)，而且能根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理反思和再探究。因此，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析能力的培養(yǎng)對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成具有重要作用。將傳感器技術(shù)引入理化生實(shí)驗(yàn)是目前較流行的做法。利用傳感器和計算機(jī)，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)過程中直接獲取數(shù)據(jù)圖像。挖掘圖像信息，結(jié)合課堂學(xué)習(xí)，能有效提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力[3]。筆者在2014年上半年利用傳感器技術(shù)開設(shè)了一節(jié)中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究課，利用課堂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力。

一、教學(xué)片段介紹

本節(jié)課的開設(shè)源于學(xué)生在學(xué)習(xí)完課本中有關(guān)中和反應(yīng)的內(nèi)容后，不能理解習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)的中和反應(yīng)滴定圖像這一問題。利用DIS技術(shù)再次進(jìn)行中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，用計算機(jī)繪制實(shí)驗(yàn)圖像，能幫助學(xué)生進(jìn)一步理解中和反應(yīng)過程，提升對這一重要反應(yīng)的認(rèn)識。

在課堂教學(xué)的前半部分，學(xué)生通過pH傳感器繪制出了用鹽酸滴定氫氧化鈉溶液的pH-鹽酸滴數(shù)圖像（如圖1），并對實(shí)驗(yàn)中的操作、圖像誤差、圖像細(xì)節(jié)進(jìn)行了分析、討論。接著，他們在筆者的帶領(lǐng)下開始對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖1

教師：通過實(shí)驗(yàn)，我們獲得了pH的變化圖像。現(xiàn)在，我們以pH=7為分界線，將圖像分為三部分。下面，我們一起來分析各部分的溶質(zhì)情況。

1.pH＞7時，溶液呈____性，呈____色，溶液中的溶質(zhì)有哪些？在實(shí)驗(yàn)中，它們的質(zhì)量有何變化？

2.pH＜7時，溶液呈___性，意味著所加鹽酸處于什么情況？溶液中的溶質(zhì)又有哪些？在實(shí)驗(yàn)中，它們的質(zhì)量有何變化？

3.pH=7時，溶液呈___ 性，溶液中的溶質(zhì)有哪些？

二、反思總結(jié)

中和反應(yīng)是化學(xué)學(xué)科的一類重要反應(yīng)。初中化學(xué)只要求學(xué)生定性地認(rèn)識這種反應(yīng)，但無論是在習(xí)題中，還是在考試中，都會出現(xiàn)pH變化圖像，而不是常見的直線或曲線圖像。學(xué)生對pH變化圖像一直似懂非懂。利用DIS技術(shù)，學(xué)生能直接觀測這一反應(yīng)，并通過自己動手實(shí)驗(yàn)、作圖，更好地了解中和反應(yīng)中pH的變化。同時，挖掘圖像信息能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力，有助于初中生科學(xué)素養(yǎng)的形成。對這節(jié)課，筆者做了如下總結(jié)與反思。

（一）把握梯度，搭建臺階

中和滴定曲線的繪制、分析屬于高中化學(xué)的內(nèi)容，對初中學(xué)生來說，難度較大。因此，在這節(jié)課的設(shè)計上，教師要注意難度的控制，設(shè)置好臺階，讓學(xué)生能一步、一步達(dá)成目標(biāo)。例如，在進(jìn)行質(zhì)量分析之前，教師要先讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像分析溶質(zhì)成分，再分析質(zhì)量變化，逐步進(jìn)入圖像繪制環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)地讓學(xué)生慢慢形成圖像數(shù)據(jù)的分析、處理能力。再如，在分析完pH=7的情況后，教師可引入方程式計算，為之后的質(zhì)量變化圖像是直線還是曲線的分析及氫氧化鈉和氯化鈉質(zhì)量的比較進(jìn)行鋪墊。

（二）把握圖像細(xì)節(jié)，提升分析能力

圖像是各類實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)形式。它能直觀地給予實(shí)驗(yàn)者結(jié)果。但是，圖像的分析、處理及作圖一直是初中生乃至高中生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。要提高學(xué)生的圖像分析能力，教師可以讓他們參與繪制過程。在制圖過程中，他們會開始關(guān)注各種細(xì)節(jié)，如橫縱坐標(biāo)的選擇、線的曲直、變化時的拐點(diǎn)等。在看似簡單的溶質(zhì)質(zhì)量-鹽酸滴數(shù)圖像的制作過程中，教師設(shè)計了溶質(zhì)情況分析、溶質(zhì)質(zhì)量計算、變化曲直分析等眾多要素。在圖像不斷改進(jìn)、完善的過程中，學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，特別是圖像數(shù)據(jù)處理能力將得到較大提升。

（三）內(nèi)容難度較大，注意課堂生成

整節(jié)課的設(shè)計難度還是偏高，學(xué)習(xí)能力較好的學(xué)生能比較順利地完成教學(xué)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，但中等層次的學(xué)生在思考時間充足的條件下，可能仍然難以完成課堂任務(wù)。同時，由于DIS實(shí)驗(yàn)的特殊性，課堂上會出現(xiàn)許多生成性資源。因此，在課前做好預(yù)設(shè)性生成是很重要的。對非預(yù)設(shè)性生成，教師也不能慌張，而應(yīng)及時幫助學(xué)生分析，對有探究價值的資源善加利用，開發(fā)出更好的資源。

技術(shù)在改變生活，也在改變課堂。DIS等新技術(shù)的引入可能會引起教師的恐慌。但是，只要教師去學(xué)習(xí)、去研究，就會發(fā)現(xiàn)，新技術(shù)能為課堂帶來許多不一樣的精彩，能為學(xué)生能力的發(fā)展搭建更優(yōu)質(zhì)的平臺。