数字化实验在化学教学中的应用

数字化实验在化学教学中的应用

张亚辉

鹤壁市高中

摘要：本文主要介绍相关实验案例探索数字化实验在化学教学中的应用方法。数字化实验技术可以更加直观的去呈现化学反应的本质，能把复杂的理论知识数字化，让学生在数据的变化中体验物质的转化；这样能够增加学生的学习兴趣，让学生更加积极地参与到课堂中。

关键词：数字化实验 化学教学 离子反应

1.引言

教育部主张学生发展核心素养，明确要求学生能尊重事实和证据，能理解和掌握基本的科学原理和方法；要有实证意识和科学严谨的求知态度及科学精神和实践创新能力；能根据具体条件及特定情景制定合理的解决方案。

实验是解决化学问题的有效途径，在化学的学习中，发展学生的化学核心素养必须要培养学生的实验能力。中学化学实验分为定性实验和定量实验，传统的中学化学实验教学侧重定性分析，定量实验大多课堂上用灌输方法一带而过，这使得学生在解决定量问题显得能力不足。本课题的主要目的就是基于数字化实验与常规课堂结合，充分利用数字化传感器进行探究式教学的研究，进而能深化学生的化学探究学习。

相对于传统的化学实验，数字化实验表现出的优点为：（1）能够更加形象化的通过数据呈现物质的转化（2）能够非常及时的采集数据大大提高实验效率，并且提高数据的精准度使实验结果更有效（3）能够及时记录实验过程中的微小变化和瞬间变化，发散实验的研究范围。本论文主要借助数字化实验技术探究高中化学一些常见实验，把数字化实验应用到化学教学中，探索数字化与普通化学课堂教学相互整合的方法。

2. 数字化实验的发展现状

数字化实验主要借助于数据采集器、传感器和配套的相关组件完成数据的采集与处理。由于数字化实验能够方便迅速地收集各类物理、化学、生物等数据（如：位移、温度、光强度、声音、pH等），因此可以广泛的应用于理科实验中。数字化技术是一种高科技、现代化的实验工具，是实验改革和发展的有效手段。它具有许多实验工具无法替代的有点，如：数据精准、实时监测、动态直观、综合分析、时效性强等，为化学实验教学和研究提供的广阔的发展平台。

发达国家对数字化实验研究较早，如美欧国家在上个世纪就已经逐步把数字化教学引入中学课堂，而我国与之相比把数字化实验引入教学的时间比较晚，不过近些年也已经取得了显著的效果。目前国内除了基于数字化的试验开发与改进研究外，部分研究已经深入到了学生的认知领域。但是数字化实验的发展还存在不足，比如在中学甚至高校中的应用不广泛、不深入，教师和学生对其认知程度有待提高，尤其是从理论层面探讨数字化技术教学研究方法以及系统探查学生概念学习方面的研究过少。

2. 数字化实验在化学教学中的应用实例

数字化实验设备简单、操作方便、精准度高，具有广泛的教学应用价值。无论是在定性实验，还是在定量实验中，都可以利用数字化技术的诸多特点来帮助学生有效的通过化学实验去理解化学概念与原理。本实验以“ 0.01mol/L的H₂SO₄滴定0.01mol/L的Ba(OH)₂”实验为例进行探索。

3.1利用数字化实验测定滴定过程中电导率的变化

3.1.1实验目的

随着H₂SO₄的滴加，溶液电导率的变化从而推测发生发生的离子反应。

3.1.2实验原理

H₂SO₄与Ba(OH)₂的反应是溶液中离子浓度减小的反应，离子浓度减小则导电能力减弱；在恰好1:1反应时电导率接近零。

3.1.3实验药品与装置

（1）仪器：电导率传感器（1个）、网线（1根）、数据采集器（平板1台）、酸式滴定管（1支）、玻璃棒（1根）、烧杯（2个）、带滴定管夹的铁架台（1个）、盛蒸馏水的洗瓶（1个）、滤纸

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

（3）实验装置图如下：

3.1.4实验步骤

（1）加酸液：关闭酸式滴定管下端旋塞，将0.01mol/L的H₂SO₄装入酸式滴定管至0刻度线以上，将酸式滴定管固定于滴定管夹上。

（2）加碱液：电导率传感器的探头用蒸馏水冲洗，用滤纸吸干表面水分，竖直放置于烧杯内一侧，加入0.01mol/L Ba(OH)₂溶液至浸没传感器探头。

（3）连接：用网线将平板与电导率传感器相连（传感器量程选择HI：0-30000us/cm，传感器上红色按钮按下表示已选上），打开平板上的SWR ilab v8.0图标→点击“是”→教材通用实验→新建实验，进入数据采集主页面，点击左下角第一个图标→选择电导率（前为√表示已选上）→点击右下角设置时间5min,时间间隔100毫秒

（5）滴定：点击平板左下角第6个按钮（开始按钮）→打开酸式滴定管下端旋塞，将H₂SO₄缓缓滴入盛有Ba(OH)₂溶液的烧杯中，边滴边用玻璃棒不断搅拌烧杯内溶液。

（注意：使流下的液体尽可能远离传感器，以保证电导率数值测定平稳）

（6）保存数据：观察平板上电导率随时间变化的曲线图。滴定完成，点击平板右下方的保存按钮，命名并保存图像。

（7）仪器清洗：将电导率传感器用蒸馏水冲洗，再用滤纸吸干传感器表面的水分，装入保护液中。

3.1.5实验图象及分析

从图中可清晰的看到H₂SO₄滴加的过程中，溶液中电导率的变化，在1:1的时候电导率接近于零，这样既解决了离子反应的实质问题，还可以引出水的微弱电离、难溶电解质的溶解问题，为进一步的探究做好铺垫。

3.1.6 实验结论

通过数字化实验技术可以直观的感受到在反应的过程当中离子浓度的变化，使学生更加形象、深刻的理解了离子反应的实质。

2. 结论

本文将数字化实验和化学课堂教学相结合，利用数字化实验得出直观、准确的结论，可使教学过程更加生动，并能提高学生的探究能力和创新能力，达到更好的教学效果。数字化实验技术引入化学教学中既体现了探究过程是以实验为基础，又充分发挥了学生的自主性和创造性，使学生在教学过程中处于主体地位，有利于培养其创新思维以及发现问题、提出问题和解决问题的能力。

本文系2021年鹤壁市教育科研课题“数字化实验在高中化学教学中的应用研究”之成果，课题批准号：2021-JKLX-107

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