DISLab支持下指向深度學習的初中化學教學實踐

基金項目：

本文系福建省教育科學“十四五”規劃2022年度專項課題“新課標背景下指向深度學習的結構化教學策略研究”（Fjxczx22-352）的階段性研究成果。

摘" 要：在初三化學新授課教學中，本文運用傳感器進行實驗，在儀器上突破了傳統化學實驗舊模式，增強了課堂趣味性，提高了課堂參與度。在基于情境和問題的背景下，引導學生立足于數字化實驗所得到的證據進行推理、歸納、建模，進一步促進了學生的深度學習。

關鍵詞：初中化學；傳感器；深度學習；信息技術

文章編號：

1008-0546（2024）14-0011-03""" 中圖分類號：

G632.41""" 文獻標識碼：

B

一、

DISLab簡述與優勢分析

1. DISLab簡述

本文所說的“DISLab”是指數字化信息系統實驗室，其由硬件和軟件構成。本次教學實踐中所用到的硬件包括：傳感器、傳感器轉接模塊、數據采集器、傳感器連接線、計算機通訊線等；軟件為DISLab 8.0，該軟件對計算機硬件的要求較低，可以廣泛應用。

DISLab在使用時需先用計算機通訊線（A/B型USB插頭）連接數據采集器和計算機，再使用傳感器連接線，將所需使用的傳感器和數據采集器相連；連接完成后，便能通過傳感器采集數據，實時傳回軟件，最后通過軟件處理得出相應結果。

2. DISLab優勢分析

《教育部關于加強初中學業水平考試命題工作的意見》中提出，考試命題要注重引導學校落實德智體美勞全面培養的教育體系，引導教師積極探索基于情境、問題導向、深度思維、高度參與的教育教學模式，引導學生自主、合作、探究學習。［1］這要求教師應多思考如何不斷探索符合時代特點的情境來組織教學，為學生在新的情境中進行深度思考創造條件，以達到深度學習、轉“知”成“慧”的最終目標。而傳感器以其所具有的高效、便攜、精確等特點，目前已廣泛應用于實驗室實驗、戶外探究、野外觀察等多種場景中，代替傳統的測量工具成為主流。

DISLab軟件的快速獲取數據、自動作圖等功能也能極大地提高課堂效率。一個化學反應常常需要一定的時間，自動作圖功能將化學反應中的某個變量按照時間繪制成圖像，學生可以快速把握該變量的變化趨勢。［2］

基于上述分析并結合本課題教學實際，筆者以三種傳感器進行教學實踐，闡述教學實踐方案及教學感悟，傳感器的型號、分度和測量范圍等信息如表1所示。

二、DISLab輔助教學的優點

1. 提高溫度變化可視度

在氫氧化鈉溶液能否與稀鹽酸反應的教學中，教師一般會采用啟發式的方法，引導學生“化無形為有形”來設計實驗。學生能聯想到酸、堿的一般性質，先利用指示劑、硫酸銅溶液、活潑金屬單質、碳酸鈉等驗證氫氧化鈉或鹽酸是否參與反應，再利用蒸發結晶的方式，證明二者反應，生成了一種新物質。

然而，若僅進行上述實驗，對于酸堿中和反應是否為放熱反應的問題，學生只能通過觸摸的方式加以感受，這種方式較為局限。考慮到本節課的演示實驗裝置一般不具有保溫功能，且中和反應的放熱現象并不十分明顯，因此，上述方式難以在短時間內為全班學生提供較為直觀的體驗。

利用溫度傳感器搭設實驗裝置，學生可以通過電腦屏幕直觀地看到由軟件處理后所得到的稀鹽酸與氫氧化鈉溶液反應時的溫度

變化曲線（見圖1）。隨著反應的進行，溶液的溫度上升，而在反應結束后，由于溶液與空氣發生熱交換，溫度又緩慢下降。該實驗方案所呈現的實驗結果，不僅更有說服力，同時也能大大提高課堂效率。

2. 促進微觀變化理解

在傳統教學過程中，教師對中和反應的微觀分析往往停留在中和反應的微觀實質，即氫離子和氫氧根離子反應生成水，但并未對溶液中的離子濃度變化、離子種類進行探究。

在本節課中，教師通過中和反應的微觀實質，引導學生分析反應前、后的離子數目變化，進而結合溶液體積增大，判斷離子濃度變化，以此來預測溶液的導電能力。隨后，利用電導率傳感器搭設實驗裝置，學生通過觀察電腦屏幕所呈現的軟件處理后的稀鹽酸與氫氧化鈉溶液反應時的電導率變化曲線（見圖2），驗證自己的猜想，并在教師引導下，結合宏觀現象，進一步分析推理不同反應階段下溶液中的溶質種類。

與傳統教學相對比，通過傳感器繪制的變化曲線引導學生進行學習，能最大程度地使學生對酸堿中和反應的認識向縱深發展。這并非僅僅停留在對宏觀現象和微觀本質的學習，而是能將宏觀現象、微觀本質與平面直角坐標系相結合，分析不同反應階段在溶質種類上的差異，并在進行多次分析推理后逐步建立模型，形成一種“理論推理猜想—實驗探究搜證—證據推理建模”的科學探究思路。

3. 提升中和反應認識

本節課第二課時，學生主要學習的是pH試紙的使用，但受限于精準度等因素，若僅僅停留在使用pH試紙測定溶液酸堿度這一層面，無論是從知識、觀察或實踐等角度，都難以達到促進學生深度學習的目的。

結合土壤酸堿度的調節這一真實情境，筆者利用pH傳感器搭設實驗裝置。通過軟件繪制稀釋氫氧化鈉溶液、稀釋稀鹽酸、氫氧化鈉溶液滴入稀鹽酸及稀鹽酸滴入氫氧化鈉溶液四個實驗的pH變化曲線（見圖3—6），能更好地促進學生深度分析不同pH狀態下中和反應進行的程度及溶質種類，更加直觀地觀察到pH試紙使用前因潤濕而造成的誤差。

三、總結與展望

信息化是當今時代發展的趨勢，課堂教學中教師要注重學生的閱讀、思考和表達，培養學生分析和處理信息的能力。［3］通過運用DISLab教學對比傳統教學，教師可以明顯感覺到學生的學習熱情有所提高，并且他們更愿意在課堂上思考與表達。在以往新授課作業中，筆者發現圖像問題通常是學生的難點，而經過了課堂上的直觀觀測和深度思考，學生的答題準確率也有了顯著提高，難點得到了較好突破。

但是需要注意的是，并非所有的課題都適合用傳感器進行實驗，盲目使用可能會適得其反。在應用前，教師應先思考使用DISLab設備的合理性及可行性，讓信息技術能更加有效地與化學課堂結合，更好地發揮信息技術與學科融合的價值。

同時，使用DISLab授課時，課前的準備工作較為煩瑣，備課量較大。若在今后能以全備課組之力來共同完成此項研究，可以進一步拓展應用場景，以獲取更多的真實使用感受。此外，若在備課組或同個執教者的不同教學班中采取不同的教學模式，通過前測與后測進行數據對比，量化分析兩種教學方式與學生現階段成績的相關性，質性分析與未來發展的相關性，或許更能體現出運用DISLab教學的優勢。

參考文獻

［1］教育部關于加強初中學業水平考試命題工作的意見［J］.中華人民共和國教育部公報，2019（11）：27-29.

［2］徐明利.DisLab在高中化學教學中的優化應用探討［J］.中學化學教學參考，2019（24）：50-51.

［3］姜淼，張賢金.2022年福建省初中學業水平考試化學試題研究——基于“一核三層三翼”中考評價體系的視角［J］.福建基礎教育研究，2022（11）：105-107.