淺析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的促進(jìn)作用

陳勇

摘 要：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。近年來(lái)化學(xué)試題中多有出現(xiàn)有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的探究題，這對(duì)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)提出了新的要求，有必要在教學(xué)中拓展學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的角度和方式。本文以近幾年中考題為例，分析了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)素養(yǎng);數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.8????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? 文章編號(hào)：1992-7711（2020）19-126-1

初中生學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)間較短、對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)有限。在教學(xué)中，教師很難全面的引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，難免造成學(xué)生將化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等同于實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的落實(shí)存在偏差。但近年來(lái)，初中化學(xué)試題中多有出現(xiàn)有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的試題，這對(duì)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的考核提出了新的要求。作為教師，也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，在教學(xué)中拓展學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)維度。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)

近幾年的初中化學(xué)試題中出現(xiàn)了較多數(shù)字化實(shí)驗(yàn)試題，重點(diǎn)考察初中生加工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，分析實(shí)驗(yàn)中變化與聯(lián)系的能力。通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，除了可以定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，能精準(zhǔn)辨析、探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，亦即以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)化的探究方式來(lái)深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

例如在實(shí)驗(yàn)探究題中，經(jīng)常會(huì)探討實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)氣壓的變化情況及原因。無(wú)錫市2019年的中考化學(xué)第18題（2）結(jié)合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究CO2的的性質(zhì)。

在本題中，學(xué)生需根據(jù)圖1回答曲線1中BC段氣壓逐漸變小的原因和導(dǎo)致CD段氣壓快速變小的操作。仔細(xì)審題后，學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識(shí)可以很快分析得出，燒瓶中氣壓最初下降是由于CO2溶于水并與水反應(yīng)。而后續(xù)操作中再次出現(xiàn)燒瓶中氣壓快速變小，學(xué)生在仔細(xì)審題后會(huì)發(fā)現(xiàn)步驟二中“一段時(shí)間后，同時(shí)振蕩燒瓶”，聯(lián)想到“使反應(yīng)更加充分”，從而推測(cè)CD段氣壓快速變小的操作是振蕩燒瓶。在教學(xué)中，教師也會(huì)講解振蕩、攪拌等操作的作用，但學(xué)生僅僅是知道振蕩、攪拌等操作會(huì)使反應(yīng)更加充分，“充分”和“不充分”到底會(huì)有多大的區(qū)別呢？借助于氣壓變化曲線圖，學(xué)生則可以簡(jiǎn)單明了的觀察到曲線1和2在800s時(shí)有一段明顯的氣壓降低，且下降幅度遠(yuǎn)大于振蕩前。精確的數(shù)據(jù)展示深化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中振蕩操作作用的理解，完善了學(xué)生對(duì)于“反應(yīng)更加充分”這一化學(xué)概念。

該題還考查了學(xué)生觀察、分析圖像的能力。學(xué)生觀察曲線1和3的變化趨勢(shì)和終點(diǎn)，不難得出NaOH更易與CO2反應(yīng)的結(jié)論。教師在教學(xué)中都講解過(guò)用NaOH溶液吸收CO2。結(jié)合圖像，學(xué)生可以從精確的數(shù)據(jù)上看到NaOH溶液比Ca（OH）2溶液的吸收效果好的多。

仔細(xì)觀察本題測(cè)定裝置內(nèi)的氣壓變化得到的曲線圖，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)肉眼無(wú)法觀察到的實(shí)驗(yàn)信息。3條曲線在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)都有上升，即燒瓶?jī)?nèi)氣壓增大，仔細(xì)審題后不難發(fā)現(xiàn)是由于“三位同學(xué)同時(shí)迅速將注射器內(nèi)液體全部注入各自的燒瓶中”。但仔細(xì)觀察曲線3，在三位同學(xué)注入溶液這一階段，它并沒(méi)有像曲線1和2一樣增大到B點(diǎn)，而是提前下降。引導(dǎo)學(xué)生思考曲線3在該點(diǎn)處轉(zhuǎn)折的原因，觀察曲線3的后續(xù)部分并結(jié)合已學(xué)知識(shí)，學(xué)生可以知道是NaOH很快的與CO2發(fā)生了反應(yīng)，從而更加明確的認(rèn)識(shí)到NaOH溶液吸收CO2的速度快、效果好。

2019年南京市中考化學(xué)試題18（1）中，要求學(xué)生對(duì)比圖2中的曲線a、b，分析曲線a迅速增大的兩種可能因素。觀察圖2，a曲線斜率明顯更大，即a曲線表示的反應(yīng)速度比b曲線快。學(xué)生結(jié)合題干與所學(xué)知識(shí)，可以明白是反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間的關(guān)系，順利推斷出“a中鹽酸濃度大，反應(yīng)速度快，產(chǎn)生氫氣的速度快，瓶?jī)?nèi)氣壓增大快”。但第二種因素僅依據(jù)題干就較難想到了。此時(shí)學(xué)生則應(yīng)該仔細(xì)“對(duì)比a、b曲線”，a、b曲線的不同點(diǎn)是a曲線迅速增大，共同點(diǎn)則是兩條曲線都是先增大再減小，且b曲線在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后降幅較小，a曲線有一段明顯的氣壓下降。這就有利于學(xué)生逆推歸納，兩組反應(yīng)均放熱，且a曲線表示的反應(yīng)放出的熱量更多，即鎂與鹽酸反應(yīng)放熱，鹽酸濃度越大反應(yīng)越劇烈，單位時(shí)間內(nèi)放出的熱量更多，體系內(nèi)氣壓增大越快、越明顯。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為現(xiàn)代化信息技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中某些因素的變化，并轉(zhuǎn)化為直觀的、可監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)定性實(shí)驗(yàn)定量化、實(shí)驗(yàn)變化過(guò)程的可視化和精確化，引導(dǎo)學(xué)生從新的角度去認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)加入試題后，學(xué)生通過(guò)觀察曲線的變化趨勢(shì)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，推測(cè)所對(duì)應(yīng)的化學(xué)變化，從動(dòng)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)。上述對(duì)試題中曲線變化特點(diǎn)的分析，既是引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，也是引導(dǎo)學(xué)生整合已學(xué)化學(xué)知識(shí)的內(nèi)容，完善認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)。

3.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有助于提高試題的深度和廣度。初中化學(xué)作為高中化學(xué)的基礎(chǔ)，更好的銜接初高中化學(xué)知識(shí)也應(yīng)該是每個(gè)初中老師共同思考的問(wèn)題。在各市的中考題中，也都有將高中知識(shí)“遷移”到中考試題中。但如果只是給出“查閱資料”這樣的信息提示，不免有些生硬，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則為這樣的高中知識(shí)下移考核提供了契機(jī)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃海峰.基于核心素養(yǎng)理念下化學(xué)運(yùn)用能力培養(yǎng)分析[J].新課程（中學(xué)），2019（04）.

[2]劉靜松.應(yīng)用壓強(qiáng)傳感器探究氫氧化鈉和二氧化碳的反應(yīng)[J].化學(xué)教學(xué)，2019（02）.

（作者單位：南京市竹山中學(xué)，江蘇 南京210000）