淺談化學實驗數據化

諸允妮

摘要：化學常被學生評為枯燥而困難的學科，傳統化學實驗只是依樣畫葫蘆地按步驟實現目標。借助智能電子設備使化學實驗數據化，讓學生直觀的了解反應過程中的環境溫度、溫度、產物生成持續時間等等數據，促使學生結合學科知識，掌握分析數據的能力。這些將會對學生、教師和設備都有新的要求。

關鍵詞：化學實驗;數據化;傳感器

化學常常被學生評為是一門枯燥而困難的學科，特別是在高中化學實驗當中。實驗在字面上表達能看到各種生成物。然而，化學實驗是一個危險而又難與觀察的學習過程。生成物時常需要其他手段驗證。例如一些無色無味的氫氣，常需要通過點燃來驗證。點燃氫氣在實驗室中進行應該是一種危險行為，特別是一整個班的學生同時進行。學生實驗過程中氫氣的排出時機、生成量、收集瓶中氫氣與空氣的比例等結果較難把握。學生在此過程中可能會覺得無趣，僅按老師或書本上的指完成。因此，提高化學實驗的趣味性和可視化是教師組織化學實驗急需解決的問題。

一、增養高新科技應用型人才

隨著中國產業升級進程，對人才的需求也越來越高，特別是在自動化，智能化方面尤為明顯。在化工產業中，無論是在產出檢測還是關乎安全生產的泄漏檢測方面的要求大幅提高。因此，化學實驗教學中不能固步自封，應與時俱進，不斷的添加智能化設備在實驗中的比重。如鐵和水蒸汽反應制氫實驗，在實驗的各個環節添加氫氣傳感器、氫氣含量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器，讓整個實驗數據化，更清晰的反映出實驗過程。而不再是僅僅通過點燃或其他反應來驗證。數據化實驗是現階段實驗教學的大趨勢。

回看近幾年，人們的生活在不知不覺中發生了天翻地覆的變化。智能手機不斷普及且功能越發強大，人體智能穿戴監測設備，智能家電，智能機器人等等。過往的勞動密集型產業也逐漸增加工業機器人替代人工，因此對工人的要求也更高。而化學教學對標的是醫藥和化工產業，安全生產，精準生產，環保生產等等的要求不斷提高，實際也是對人的要求在提高。而這些要求都是建立在高新科技設備的基礎上。對學生的學科教學更應該貼合對應學科的高新科技設備的應用。

二、學生知識要求

首先，高新科技是一個系統工程，不可能靠著一門非專業學科能學全。不能抱有在化學實驗中學會使用高新科技設備的想法，這將會本末倒置。我們主張的是讓化學實驗過程借助設備實現數據化，而不是教學生了解數據化。因此，這需要學生本身事先了解這些高新科技設備，理應要有專門的課程講解。學生或者通過自學了解。只要求了解使用方法而非原理。能根據儀器使用手冊指引確定檢測位置、電源接線端、信號接線端、顯示屏接線端等。

其次，要對化學實驗進行監測實現數據化，必須對實驗的反應過程充分了解。諸多傳感器應加裝在哪個位置要做到胸有成竹。同時實驗安全要求又會有更進一步提高。這些監測的傳感器都帶有導線，如何保障導線的安全是以往的化學實驗從未有過的問題。化學實驗常常伴隨有高溫、腐蝕等極端問題。因此，如何保障這些電子設備的安全是在實驗過程中要解決的新問題。

三、教師知識要求

化學教師要實現化學實驗數據化，對化學教師有相當高的要求。以往的實驗可能走走過程能有正確的產物產生就可以了。然而數據化后，實驗的各種因素都一一呈現。各學生小組做出的成果可能會存在差導，即使加入的原料是一樣的。有的產量會比較多，有的產物的產生時長會比較短等等，學生會提問：“為什么會這樣？”當學生提出這樣的問題的時候，那這節實驗課就已經是成功了，因為已經激起了學生的好奇。但對教師來說考驗才剛開始。解答這些實驗現象不能再像以后那樣籠統，整個實驗過程的數據都有詳細的數字記錄，必須給成一個針對性的回答。學生是探究化學實驗教學，就必須增強學生的主體意識，充分發揮他們的主觀能動性。

以鐵和水蒸汽反應制氫實驗為例，A、B兩組學生實驗裝置如圖一，實驗設備一樣，原料質量一樣，但氫氣產生的持續時間截然不同。面對學生的疑問，教師如何解答。這考驗的是教師的知識儲備和對該實驗是否完全掌握。由圖中可看到A組的鐵粉較B組的更為平鋪，這一細節需要教師在備課過程中考慮到，需要對實驗過程中可能出現的各種情況心中有數。

其次，較傳統實驗不同，除了需要掌握對基本的化學實驗器材檢查外，還需掌握這些傳感器或電子器件的基本檢查，判斷好壞。這對教師的教學提出更高的要求。因此可以設計一些簡單快速的驗證實驗來判斷儀器是否正常。真正讓教師思維也活躍起來。新時代的教師應該做到一專多長，不能局限在自己所在學科。計算機剛普及時，多媒體技術是教學培訓的主旋律。這幾年教師的繼續教育，高新技術和智能化明顯。

最后，制作新的實驗記錄表，記錄實驗過程中的數據，如產物輸出時間，反應環境溫度、濕度，壓力等等數據。較傳統實驗能收齊更多資料，教師還需教會學生分析數據，分析實驗過程與理論計算所存在的誤差，以及誤差存在的原因。驗證意識是科學方法和科學態度中的重要組成之一。鼓勵學生一次實驗多次驗證，以不同份量和環境重復多次實驗。統合比較數據找出共性。

四、場地設備要求

數據化學實驗，是一種新的趨勢。為適應化學實驗數據化，實驗場地的設備需要做到以下兩點：

第一點，添置新的電子傳感設備和顯示設備。制定規范的數據化實驗的操作章程，特別是如何保障這此電子設備在化學反應過程中不會損壞;修訂實驗使用手冊，以簡潔的圖文指引實驗人員操作。

第二點，更新傳統實驗器材。因為有些實驗過程中需要傳感器靠近反應源，所以更新傳統實驗器材能有安裝傳感器的地方。還需要有隔熱耐壓耐腐蝕的連接部件。通過專門訂制實驗器材解決實驗傳感器準確安裝。

由此可見，這需要一筆大的教育支出實現更新換代。這需要政府財政的支出與校方領導的積極組織和配合。但化學實驗實現數據化，可以更貼合企業的人才需求，也可以提高學生的各學科的知識整合能力，以及學生的數據分析能力。使化學實驗由實現教師或書本的目標，變成學生去驗證分析實驗，讓學生真正成為學習的主人翁。

參考文獻

[1] 鄭長龍. 化學實驗及其教學改革——能動的化學實驗教學[J]. 中學化學教學參考， 2001（12）：5-6.

[2] 宋心琦. 有關化學實驗改革的想法與建議[J]. 化學教育， 2001， 22（3）：36-38.