數(shù)字化實驗在化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

高偉

摘要：化學(xué)基本概念教學(xué)是中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)的重要內(nèi)容。其中復(fù)分解反應(yīng)這一概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要反應(yīng)類型，復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件又是初中化學(xué)的一個難點，本節(jié)課通過對物質(zhì)變化現(xiàn)象的分析、比較、抽象、概括等認(rèn)識過程，形成概念，以數(shù)字化實驗所得曲線為分析模板，使學(xué)生體會將化學(xué)反應(yīng)及變化映射到曲線的過程，通過曲線讓學(xué)生更加直觀清晰地掌握概念和原理，再把宏觀現(xiàn)象與微觀探析聯(lián)系起來，突出概念的本質(zhì)特征促進(jìn)學(xué)生對知識的主動建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實驗;基本概念;復(fù)分解反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2021）01-0083-02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.023

數(shù)字化實驗是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常見數(shù)據(jù)并能與計算機連接的實驗技術(shù)系統(tǒng)。能即時收集數(shù)據(jù)和自動生成曲線，為適時定量研究實驗成為可能。

化學(xué)基本概念教學(xué)是中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)的重要內(nèi)容。其中復(fù)分解反應(yīng)這一概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要反應(yīng)類型，復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件是初中化學(xué)的一個難點，對復(fù)分解反應(yīng)這一概念的掌握程度直接影響到學(xué)生對酸、堿、鹽這一初中化學(xué)核心知識的學(xué)習(xí)…。本節(jié)課通過對物質(zhì)變化現(xiàn)象的分析、比較、抽象、概括等認(rèn)識過程，形成概念，以數(shù)字化實驗所得曲線為分析模板，使學(xué)生體會將化學(xué)反應(yīng)及變化映射到曲線的過程，通過曲線讓學(xué)生更加直觀清晰地掌握概念和原理，再把宏觀現(xiàn)象與微觀探析聯(lián)系起來，突出概念的本質(zhì)特征促進(jìn)學(xué)生對知識的主動建構(gòu)。具體流程如下：

一、宏觀辨識結(jié)合微觀探析初步認(rèn)識復(fù)分解反應(yīng)

按圖1進(jìn)行實驗并設(shè)問：

同學(xué)們觀察到了什么現(xiàn)象？（一問學(xué)生注意觀察實驗現(xiàn)象，并能準(zhǔn)確描述）。

開始時酚酞溶液變紅說明溶液中存在什么離子？（二問從對宏觀現(xiàn)象的辨識引向微觀粒子的探析，并為探討反應(yīng)實質(zhì)做鋪墊）

滴加鹽酸后，紅色消失說明溶液中的離子發(fā)生的怎樣的變化？（三問從宏觀辨識和微觀探析，認(rèn)識鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)）

還有什么方法能證明鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)了呢？

二、引入數(shù)字化實驗，通過宏觀曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行微觀實質(zhì)的探討

通過pH傳感器和滴數(shù)傳感器，完成以下實驗：向40mL溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%氫氧化鈉溶液中逐滴滴人稀鹽酸，測定溶液pH變化。（通過數(shù)字化實驗，感受復(fù)分解反應(yīng)數(shù)據(jù)的變化。）（圖2）

根據(jù)圖像，pH=7時，消耗稀鹽酸的體積為___ mL。

請根據(jù)剛才的實驗數(shù)據(jù)，利用化學(xué)方程式計算稀鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（氫氧化鈉溶液和稀鹽酸的密度近似為1g/cm3）（四問通過曲線的分析，從定量的角度認(rèn)識復(fù)分解反應(yīng)，并能進(jìn)行簡單的計算。）

分析曲線中不同點對應(yīng)的溶質(zhì)是什么，它們在水溶液中以什么形式存在？（五問通從對宏觀曲線各點的分析，引入微觀實質(zhì)的探析）

通過以上分析，在上述反應(yīng)過程中哪些離子發(fā)生了變化？如何表示出來？（六問通過微觀探析，認(rèn)識復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的原因，并用離子方程式表示。）

通過離子表達(dá)式，可以發(fā)現(xiàn)這個反應(yīng)為什么可以發(fā)生？（七問通過符號表達(dá)式，認(rèn)識這個反應(yīng)發(fā)生的原因）

結(jié)合下面兩個反應(yīng)分析，除了生成水會導(dǎo)致離子濃度減小，還有哪些情況也會導(dǎo)致離子濃度減小？

由此，得出復(fù)分解反應(yīng)的實質(zhì)為：酸、堿、鹽溶液中某些“特殊”的陰、陽離子相互結(jié)合，形成沉淀、氣體或水，導(dǎo)致溶液中離子的濃度減小。

（八問通過符號表達(dá)式，從鹽酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)的原因引申探討復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的實質(zhì)）

義務(wù)教育階段的化學(xué)教育就是要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)世界的變化規(guī)律，形成化學(xué)的基本觀念;啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，理解科學(xué)的本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[2]。本節(jié)課由于引入了數(shù)字化實驗，使看不見的溶液中離子濃度的變化，通過曲線和曲線中各點所含溶質(zhì)的分析，直觀地展現(xiàn)給學(xué)生。學(xué)生不僅能通過對圖線的分析，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單計算，實現(xiàn)了從定性定量兩個角度認(rèn)識復(fù)分解反應(yīng)，而通過結(jié)合曲線并對曲線中各點溶液中溶質(zhì)的分析討論，實現(xiàn)了對復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)的認(rèn)識，成功地實現(xiàn)了從宏觀辨識結(jié)合微觀探析全面，正確理解復(fù)分解反應(yīng)這一化學(xué)基本概念。

參考文獻(xiàn)

[1]楊劍春等著.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)評價引領(lǐng)[M].南京：南京師范大學(xué)出版社，2019

[2]楊劍春.課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)解析和實施建議[M].南京：江蘇教育出版社，2012