数字化技术应用于化学实验教学的尝试

传感器技术在高中化学教学中的应用初探

实验是化学的灵魂.在化学教学中,尤其是化学概念、化学理论,通过化学实验创设各种情境,有利于学生对问题的理解和深化.本文结合传感器技术在教学中的优化选择,总结传感器技术的特点、最佳适用范围以及实验实例,在化学新课程教学改革中展开了探索与实践.

新课程背景下传感器在高中化学实验中的应用研究

摘 要学教学中的应用案例化学教学的影响。

一、新课程理念对化学实验教学的要求

新的高中化学课程标准明确指出能和方法习中的重要作用通过以化学实验为主的多种探究活动使学生体验科学探究过程激发学习情趣的创新精神。

二、传感器技术应用于化学实验教学是一次教学手段的革新 随着课程改革的不断深化科学技术不断引入到化学实验中。利用传感器进行化学实验教学 不仅开拓了现代化学实验教学的一个新的领域实验不仅关注定性研究而且进行定量研究规律。我们传统实验过于强调直接观察就和烧杯、试管、酒精灯„„以在化学实验中如果不能直接观察和看得到就好像没法做实验研究了的科学实验就是这样子。化学学科的现代化实验研究的后进行转换测量和转换处理。传感器技术的引入会让学生意识到有些化学现象虽然不能直接观察到们没有发生察、可分析。

三、传感器技术在化学实验中的案例研究

在化学实验中可用多种传感器pH传感器、电导率传感器、二氧化碳传

感器、温度传感器、压强传感器、色度计传感器等。通过传感器进行实验

了以往传统的实验方法

知识点

主探索、发现探究和合作学习的能力。具体主要体现在如下几个方面：

传感器可以增强常规化学实验的可操作性及可观测性

案例1

案例2

难点。传统实验中教师往往用针筒压缩NO

2

[实验过程]

图1 压强对平衡的影响实验装置图

药品质量 碳酸钠温度 碳酸氢钠的温度

0.5g 5.6° 0.9°

0.4g 5.2° 0.8°

0.2g 4.6° 0.2°

验效果。

案例2中教师往往用针筒压缩NO2移动的影响因素。

[实验过程]

图1 压强对平衡的影响实验装置图

a、两个针筒分别充好空气和NO2气体感器

b、用力向下压固定器的上木板压强曲线变化图。可以观察到充空气针筒的压强曲线在螺丝固定后不再变化持水平NO2气体的针筒的压强曲线在螺丝固定后逐渐下降着减小压强的方向移动。

c、松开针筒活塞以观察到充空气针筒的压强曲线在螺丝固定后不再变化NO2气体的针筒的压强曲线在螺丝固定后逐渐上升移动。

d、实验后NaOH溶液中进行处理。

[实验结果]：

在高中化学中有一些比较重要的章节

又没有可操作性的实验

选修模块4“化学反应原理”中的“弱电解质的电离”这一节

难点。通过传感器PH传感器

通过采集实验数据 酸溶于水的抽象过程转化成一个具体的可观测的量化过程。以下是对本节内容的

一些相关探究实验。

实验探究1 温度对电离平衡的影响

【实验过程】在两个小烧杯中分别加入等浓度等体积的醋酸溶液

测其PH值PH值。

【实验结果】常温PH=2.23 微热PH=1.86

实验探究2 浓度对电离平衡的影响

【实验过程】在常温下将2ml的醋酸溶液用蒸馏水稀释100倍后

PH值的变化。

【实验结果】稀释前PH=2.3 稀释后PH=3.4

【实验过程】在常温下将冰醋酸用蒸馏水不断稀释

前后溶液电导率随浓度变化的曲线图。

【实验结果】

实验探究4 同浓度、同体积的盐酸溶液、醋酸溶液中分别加入足量镁条、观察

比较反应速率的快慢和变化PH、等体积的盐酸溶液、醋酸溶液中分别加入

足量镁条、观察比较反应速率的快慢和变化。

PH传感器将盐酸和醋酸配成相同PH的溶液

之前将其数值显示在大屏幕上PH=1.97,增加实验的真实性。

利用传感器技术把弱电解质的电离过程以量化的形式真真切切地展现在了

学生地面前。将操作实验带来的兴趣随之带入了对于问题的思考中。有数值和图

的读取

从学生更容易感知、理解的角度探讨了弱电解质电离的宏观表现形式 。另外

在整个实验过程中还培养了学生的观察能力和图像分析的能力。

实现的。而借助于传感器可以使实验变得简单且容易认知。仪器会自动显示给学生清晰的实验结果而不需进行复杂的数据处理工作。以下是用传感器进行研究性学习的一个案例利用二氧化碳传感器对教室内二氧化碳浓度进行测定。

CO2含量约占0.04%

0.07%—0.1%2%

到5%CO2的浓度比较高。有必要测定其

含量。

【实验方法】利用二氧化碳传感器对课前课后教室内二氧化碳的含量进行监测

【实验数据及分析】

表2 二氧化碳含量变化记录表

第一节 第二节 第三节 第四节

课前

课后 【实验体会】 利用传感器学生很容易的就获得了课前课后教室内二氧化碳含量

变化的数据,它不受时间空间的限制

分析上升到了定量分析。通过此次探究性学习

培养了学生的科学态度、创新精神及社会责任心

会

四、传感器技术应用于化学实验教学的前景展望

丰富的传感器可以增强学生的实践体验, 信息化的实验手段可以拓展学生

探究日常生活中化学变化的能力。利用传感技术较高精度的测量可以检测反应过

程中许多实验现象或物理参数的微弱变化

像电影中的慢镜头一样来研究瞬间反应中的细微变化

较长的化学变化过程。同时

操作复杂的定量实验变得简便易行

的测定、化学反应速率的测定、含铁物质中铁元素含量的测定、影响淀粉和碘的

显色因素等。这些定量实验的引入

极地促进作用。

参考文献

[1] 钱扬义.手持技术在理科实验中的应用研究.北京:高等教育出版社,2003:229-233

[2] 王磊 魏锐 《传感技术-化学实验探究手册》 北京师范大学出版社 2007年

[3] 邓锋 钱扬义.化学教育200627637—39

[4] 邓锋 钱扬义.化学教育200930135—37

[5] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书.化学1、选修4.

数字化技术应用于化学实验教学的尝试

浙江省宁波镇海区龙赛中学 武玉强 315201

摘要：数字化技术能为我们的常规化学实验教学带来什么？它为化学实验课堂的转型、课堂教学效益的提升提供了怎样的可能性？文章介绍了数字化技术的特点、数字化技术应用于实验课堂教学的尝试，提出了数字化技术与化学实验教学整合的方法与策略。

关键词： 化学实验 探究性实验教学 数字化技术

一、化学实验教学是化学学科的灵魂

化学是一门以实验为基础的自然科学。化学科学的形成和发展离不开实验，化学实验教学是化学学科的灵魂，是化学课程的魅力和激发学生学习兴趣的重要源泉。通过实验不仅能使学生加深理解、巩固化学基础知识，而且可以培养学生形成科学的思维方式，掌握科学的研究方法。同时也是培养和发展学生观察能力、探究能力、思维能力和创新能力的重要方法和手段。 二、探究性实验教学是新课程的重要内容

新课改中，科学探究作为重要的理念被列入课程目标和内容标准之中。因此探究性实验教学多被推崇和广泛运用。科学探究的基本模式是：问题--观察--假定--推理--检验。探究性实验是指在教师指导下，学生围绕某个问题独自进行实验，观察现象，分析结果，从中发现科学概念或原理，以获得知识的一种教学活动。但探究性实验活动需要大量时间，且过于注重了严谨的实验操作、实验现象与实验结果，却忽视了整个实验过程中隐含的深层次原理的理解和体验。

三、让数字化技术为探究性实验插上“翅膀”

数字化技术就是依靠计算机、数据采集器、传感器等仪器设备进行实验分析与探究的活动。化学实验教学过程中，数字化技术的应用改变了教师传统的化学实验理念，规范了教师实验的行为，实现了高中化学教学的新革命。

数字化技术应用于探究性实验，这是学生接触到了除试管、烧杯之外更加先进的实验器材和操作。这种全新的探究方式，激发了学生探索的兴趣。该技术利用特殊设备，通过便捷简单的手段可以获得实时、定量、连续、精确的实验结果，同时对数据进行分析整理，更好的阐述原理。其中结合数据和曲线，学生可以直接观察实验的动态变化过程，从数据中体验化学微观世界的变化，帮助学生从定性认识转变到定量思维，提高了课堂教学效率。

它的快速直观，缓解了课堂教学时间紧张的问题。它的灵活、方便、易用改变或解决了部分传统探究实验过度要求规范操作导致的重细节忽视整体实验过程深层次体验的问题，即从原来关注实验现象与结果转变成关注实验过程与原理。在定性实验中引入了定量要素，把很多原来只能意会的问题数字化、外显化，使实验更趋于真实情境，使推论变得真实可信，加深了对知识的理解，从而达到良好的实验教学效果。它的引入使知识的生成过程情景化、问题化、活动化和趣味化，提高了学生学习化学知识的兴趣和热情。也培养了学生实验操作与处理数据的能力。培养了学生的科学素养。

四、数字化实验教学的实践与尝试

数字化实验在我校虽起步较晚，但大家兴致盎然。探究化学实验室里，摆放着学校采购来的部分数字化实验器材。为更早、更快地应用于实验教学，学校组织化学组全体成员去上海外国语大学附属中学，参加了全国化学数字化实验教学应用成果交流与培训。随后还邀请威尼尔厂家的专家来我校进行了具体指导。目前就数字化技术如何应用于探究性实验教学，如何与课堂教学更为合理、紧密地整合，我校化学教师正在进行着积极的实践与探索。

我们将数字化技术手段尝试应用于下列探究性实验中，现列举如下：

序号 数字化实验案例 相关化学理论 传感器

1 溶质在溶解过程中的能量变化现象 化学变化中的 能量变化 温度传感器

2 中和反应中的热效应