數字化實驗在高中化學教學中的應用

張亞輝

摘要：本文主要介紹相關實驗案例探索數字化實驗在化學教學中的應用方法。數字化實驗技術可以更加直觀的去呈現化學反應的本質，能把復雜的理論知識數字化，讓學生在數據的變化中體驗物質的轉化;這樣能夠增加學生的學習興趣，讓學生更加積極地參與到課堂中。

關鍵詞：數字化實驗;化學教學;離子反應

1.引言

實驗是解決化學問題的有效途徑，在化學的學習中，發展學生的化學核心素養必須要培養學生的實驗能力。中學化學實驗分為定性實驗和定量實驗，傳統的中學化學實驗教學側重定性分析，定量實驗大多課堂上用灌輸方法一帶而過，這使得學生在解決定量問題顯得能力不足。本課題的主要目的就是基于數字化實驗與常規課堂結合，充分利用數字化傳感器進行探究式教學的研究，進而能深化學生的化學探究學習。

相對于傳統的化學實驗，數字化實驗表現出的優點為：（1）能夠更加形象化的通過數據呈現物質的轉化（2）能夠非常及時的采集數據大大提高實驗效率，并且提高數據的精準度使實驗結果更有效（3）能夠及時記錄實驗過程中的微小變化和瞬間變化，發散實驗的研究范圍。本論文主要借助數字化實驗技術探究高中化學一些常見實驗，把數字化實驗應用到化學教學中，探索數字化與普通化學課堂教學相互整合的方法。

2.數字化實驗的發展現狀

數字化實驗主要借助于數據采集器、傳感器和配套的相關組件完成數據的采集與處理。由于數字化實驗能夠方便迅速地收集各類物理、化學、生物等數據（如：位移、溫度、光強度、聲音、pH等），因此可以廣泛的應用于理科實驗中。數字化技術是一種高科技、現代化的實驗工具，是實驗改革和發展的有效手段。它具有許多實驗工具無法替代的有點，如：數據精準、實時監測、動態直觀、綜合分析、時效性強等，為化學實驗教學和研究提供的廣闊的發展平臺。

目前國內除了基于數字化的試驗開發與改進研究外，部分研究已經深入到了學生的認知領域。但是數字化實驗的發展還存在不足，比如在中學甚至高校中的應用不廣泛、不深入，教師和學生對其認知程度有待提高，尤其是從理論層面探討數字化技術教學研究方法以及系統探查學生概念學習方面的研究過少。

3.數字化實驗在化學教學中的應用實例

數字化實驗設備簡單、操作方便、精準度高，具有廣泛的教學應用價值。無論是在定性實驗，還是在定量實驗中，都可以利用數字化技術的諸多特點來幫助學生有效的通過化學實驗去理解化學概念與原理。本實驗以“ 0.01mol/L的H₂SO₄滴定0.01mol/L的Ba（OH）₂”實驗為例進行探索。

3.1利用數字化實驗測定滴定過程中電導率的變化

3.1.1實驗目的

隨著H₂SO₄的滴加，溶液電導率的變化從而推測發生發生的離子反應。

3.1.2實驗原理

H₂SO₄與Ba（OH）₂的反應是溶液中離子濃度減小的反應，離子濃度減小則導電能力減弱;在恰好1：1反應時電導率接近零。

3.1.3實驗藥品與裝置

（1）儀器：電導率傳感器（1個）、網線（1根）、數據采集器（平板1臺）、酸式滴定管（1支）、玻璃棒（1根）、燒杯（2個）、帶滴定管夾的鐵架臺（1個）、盛蒸餾水的洗瓶（1個）、濾紙

（2）藥品：0.01mol/L的H₂SO₄、0.01mol/L的Ba（OH）₂溶液

3.1.4實驗步驟

（1）加酸液：關閉酸式滴定管下端旋塞，將0.01mol/L的H₂SO₄裝入酸式滴定管至0刻度線以上，將酸式滴定管固定于滴定管夾上。

（2）加堿液：電導率傳感器的探頭用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干表面水分，豎直放置于燒杯內一側，加入0.01mol/L Ba（OH）₂溶液至浸沒傳感器探頭。

（3）連接：用網線將平板與電導率傳感器相連（傳感器量程選擇HI：0-30000us/cm，傳感器上紅色按鈕按下表示已選上），打開平板上的SWR ilab v8.0圖標→點擊“是”→教材通用實驗→新建實驗，進入數據采集主頁面，點擊左下角第一個圖標→選擇電導率（前為√表示已選上）→點擊右下角設置時間5min，時間間隔100毫秒

（5）滴定：點擊平板左下角第6個按鈕（開始按鈕）→打開酸式滴定管下端旋塞，將H₂SO₄緩緩滴入盛有Ba（OH）₂溶液的燒杯中，邊滴邊用玻璃棒不斷攪拌燒杯內溶液。

（注意：使流下的液體盡可能遠離傳感器，以保證電導率數值測定平穩）

（6）保存數據：觀察平板上電導率隨時間變化的曲線圖。滴定完成，點擊平板右下方的保存按鈕，命名并保存圖像。

（7）儀器清洗：將電導率傳感器用蒸餾水沖洗，再用濾紙吸干傳感器表面的水分，裝入保護液中。

3.1.6? 實驗結論

通過數字化實驗技術可以直觀的感受到在反應的過程當中離子濃度的變化，使學生更加形象、深刻的理解了離子反應的實質。

4.結論

本文將數字化實驗和化學課堂教學相結合，利用數字化實驗得出直觀、準確的結論，可使教學過程更加生動，并能提高學生的探究能力和創新能力，達到更好的教學效果。數字化實驗技術引入化學教學中既體現了探究過程是以實驗為基礎，又充分發揮了學生的自主性和創造性，使學生在教學過程中處于主體地位，有利于培養其創新思維以及發現問題、提出問題和解決問題的能力。

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★ 本文系2021年鶴壁市教育科研課題“數字化實驗在高中化學教學中的應用研究”之成果，課題批準號：2021-JKLX-107