DIS在高中化學教學中拓展性運用的案例研究

1、    dis在高中化學教學中拓展性運用的案例研究    摘 要：dis因為操作的簡便，現(xiàn)象的圖像化，讓傳統(tǒng)實驗可視化，從而增強學生對微觀的感知，激發(fā)學生探究欲望，有利于拓展學生探究能力。本文通過常見的原電池實驗、中和實驗等的dis實驗案例，提出了可以從四個維度提高dis拓展運用，提高學生的化學學科素養(yǎng)。關鍵詞：dis；原電池；中和反應；拓展性案例研究一、 dis概述及功能介紹dis是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡稱，它是指通過傳感器獲得信息，傳遞給數(shù)據(jù)采集器，由計算機對信息進行數(shù)據(jù)和圖形處理，從而實現(xiàn)了實驗過程的信息化。在系統(tǒng)實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的采集、記錄的同時，對相

2、關數(shù)據(jù)進行同步分析，從而把原來的只能透過表面實驗現(xiàn)象進行模擬解釋的實驗直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。為化學的實驗教學提供了新手段，注入了新的內(nèi)容。其過程的直觀化，可以將化學的很多“瞬時”的反應過程，來不及觀察但又需要解釋的實驗數(shù)據(jù)記錄下來，數(shù)據(jù)、圖像、表格等多種形式來“定格”反應的歷程，從而客觀、真實地將實驗過程展現(xiàn)，使得實驗進行過程更加直觀化。其探究可深度化，充分體現(xiàn)了數(shù)字化傳感器的應用，使許多原來不好做或不能做的實驗可以呈現(xiàn)出來其歷程，測出來的數(shù)據(jù)更真實地、客觀展現(xiàn)實驗過程。其操作的簡易化，拉進了實驗與學生的距離，大大簡化了許多定量實驗的操作步驟，提高了實驗數(shù)據(jù)的精準性。其應用的可創(chuàng)新性，

3、不僅體現(xiàn)在于信息技術與傳統(tǒng)實驗的整合的創(chuàng)新，還給學生實驗提供一個發(fā)揮想象的平臺。借助于dis多通道的數(shù)據(jù)采集器，多種傳感器的組合使用，我們可以對實驗現(xiàn)象進行多視角的深入分析與研究和多角度的感知，這種組合就是意味著創(chuàng)新。二、 dis化學實驗的拓展性運用案例（一） 案例一酸堿中和滴定酸堿中和滴定是高中化學定量實驗中的重要內(nèi)容。在我們?nèi)粘嶒炛薪佑|較為頻繁的就是利用酚酞還有甲基橙這樣能夠直觀觀察到滴定終點的變色指示劑，進一步算出堿液和酸液的濃度。由于兩種指示劑變色范圍均不是7，為了解釋在強酸與強堿的中和反應中，兩種指示劑的選擇使用的誤差可以忽略，實際操作過程中，一般都提前將不同溶液的ph值算好，進而

4、利用描點法把ph的變化曲線畫出來，照著變化曲線對酸堿中和進行相應的講解。但是這個方法過于煩瑣，無法從直觀上觀察到變化，導致學生對實驗原理理解變得困難。在使用dis技術后，使實驗變得簡單清晰。實驗過程中，通過ph傳感器監(jiān)測反應過程中溶液ph的變化，可得如圖1標準曲線（用標準氫氧化鈉滴定未知鹽酸），隨著naoh溶液（標準液）的滴入，我們能在圖片上真切地看到，燒杯內(nèi)的ph呈現(xiàn)持續(xù)性的上漲，在滴入naoh溶液（標準液）的起始階段，ph值在一定時間內(nèi)的變化值比后續(xù)階段小；反應持續(xù)一段時間后，燒杯內(nèi)的ph值接近7，ph值將會在滴定終點產(chǎn)生突然的變化。倘若接著向燒杯滴加若繼續(xù)加入naoh溶液（標準液），ph

5、值立馬上漲。dis技術將會大幅度地提升實驗的可觀察程度以及精確度，加深了學生對酸堿滴定原理的理解。在此實驗基礎上，設計讓學生拓展探究強堿滴定弱酸（標準氫氧化鈉滴定與鹽酸同濃度的醋酸），用雙通道同時實驗，分別觀察兩條曲線變化，整理得到如圖2。通道為標準氫氧化鈉滴定與醋酸，通道為標準氫氧化鈉滴定鹽酸。兩條不同的曲線，對比強烈，這是普通傳統(tǒng)實驗無法做到的。這也引起學生極大的震撼。學生的第一反應是，是否是實驗誤差造成的，然而經(jīng)過多次實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果依然。直觀性地比較引起了學生深入地思考，為什么突變會小呢？帶著這個問題，學生通過查閱相關資料、小組交流與討論，最后學習到緩沖溶液的相關知識。這樣的實驗，極大提

6、高學生學習主動性、積極性同時，培養(yǎng)學生自學、探究精神，對化學學科的興趣大為提高。在此基礎上，進一步拓展到標準氫氧化鈉滴定草酸，得到如圖3所示的曲線，引導學生更深入的思考。一系列的實驗，雖然用于實驗時間并不長，且操作簡單，但是所帶來的拓展性的運用超乎想象。（二） 案例二原電池實驗原電池實驗也是高中化學常見的必做的一個重要的學習課程，事實操作上，通常選擇更換溶液以及電極等這一類的方式，我們經(jīng)常利用更換電極或溶液等，產(chǎn)生各種各樣的配對方式，進一步對如何形成原電池進行分析。若是采用dis，使用電壓傳感器，能極大地方便實驗。在實驗過程中，我們設置了電極為銅鋅、銅鋁，電解質(zhì)溶液為稀硫酸溶液、氫氧化鈉溶液的

7、交叉分類探究活動。得到的銅鋅硫酸原電池的電壓如圖4所示，隨著反應的進行，電壓變低。當將電極改為銅鋁硫酸原電池的電壓如圖5所示，這時電壓只0.3v左右，比銅鋅硫酸原電池還低。以上兩個實驗進行比較，從理論上講，鋅比鋁更不活潑，銅鋁硫酸原電池的電壓要大于銅鋅硫酸原電池的電壓，但在實驗的檢測中，實驗結(jié)果卻剛好相反，甚至銅鋁類型的原電池顯示出極低的電壓。老師應該鼓勵學生對該現(xiàn)象進行深思，將在原電池里面的電極選取傾向這一難題攻克。圖6所示為銅鋁氫氧化鈉原電池電壓變化。dis實驗的引入，能夠打開包括老師和學生在內(nèi)所有參與者的思路開闊，將實驗原理深深刻入學生的腦海中，而不是簡單的生搬硬套，可以自行改進實驗并進

8、行深入拓展，充分挖掘?qū)W生的主觀能動性，有助于增強學生的實驗設計能力，最大限度地激發(fā)學生對化學實驗的興趣和熱情，從而實現(xiàn)了學科素養(yǎng)中對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。三、 dis拓展性運用的維度dis系統(tǒng)的引入讓課堂實驗更加準確，通過多種多樣的實驗器材將實驗過程記載下來，在實驗數(shù)據(jù)中包含一些反常數(shù)據(jù)的時候，這個方法為我提供了復盤整個實驗的機會和條件。如果實驗結(jié)論偏離我們的預測結(jié)果，當實驗結(jié)果時，同學們在對實驗數(shù)據(jù)的進一步反思分析這一過程中，更能加深對實驗研究課題的思考深度，而大幅度地提升了實驗假設和預期的預見性和指導性。這恰恰滿足了化學學科培養(yǎng)目標里面的“證據(jù)推理與模型認知”這一個素質(zhì)長處（通過依靠證據(jù)

9、對物質(zhì)的元素組成、立體結(jié)構和產(chǎn)生的相應變化所產(chǎn)生的有理論依據(jù)的假設，利用自身思維對這些進行思考分析，將學生的證據(jù)思維提高；從創(chuàng)建立場開始，到產(chǎn)生結(jié)論的結(jié)論以及相應的證據(jù)之間的邏輯聯(lián)系；明白能夠依靠推理等手段深入了解實驗對象的內(nèi)在特征和構成元素，并了解他們之中的相互聯(lián)系，并且創(chuàng)建模型。進一步通過創(chuàng)建的模型對化學現(xiàn)象進行闡釋，表達出發(fā)生現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律極其本質(zhì)），以及“科學探究與創(chuàng)新意識”這一個素質(zhì)長處（依靠科學性的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和解釋以及應用的動手操作行這一角度，對學生進行科學探究素質(zhì)培養(yǎng)；可以想到有研究意義的問題；然后以問題和假設為著手點，通過設計探究獨立的試驗方案，進行相應的研究；通力合作貫穿在試

10、驗的各個階段內(nèi)，帶著不同尋常的結(jié)果有勇氣提出個人的假設）。在實踐操作任一步驟內(nèi)，我們認為將dis化學探究實驗拓展應用于化學教學，可從以下四個維度著手：（一） 完成實驗困難問題的維度教科書上傳統(tǒng)實驗雖是一些經(jīng)典實驗，但是實驗的選擇也是受當時條件的限制的，所以部分實驗是有待改進的。例如：在實驗過程中會產(chǎn)生實驗危險的、操作較不易的、對環(huán)境有污染的、不能進行定量的比較與分析等等。若改用dis探究實驗，可在一定程度上解決此類難點。如可利用手持技術探究蘇教版中鐵離子與碘離子的可逆反應限度反應，又如通過測定密封容器中氣壓的變化以表征過氧化氫的分解速率。（二） 探究社會熱點的維度化學學科素養(yǎng)中提出要培養(yǎng)學生“

11、高度贊揚化學對于現(xiàn)今社會前進的重要性，懷著綠色化學以及可持續(xù)地發(fā)展意識的理念，能夠及時產(chǎn)生于化學有關的焦點現(xiàn)象做出積極判斷”的素養(yǎng)，利用dis進行的實驗攜帶方便、儀器簡單，能在室外進行，學生可以不受太多的限制，較快地對他們關注的很多社會焦點現(xiàn)象設計出實驗步驟然后進行研究，從而實現(xiàn)培養(yǎng)素養(yǎng)的初衷。就像通過二氧化碳傳感器研究公車車廂之中的co2的濃度對乘客身體健康的危害；測定不同飲料中維生素c的含量等等。（三） 實驗干擾因素的維度如果僅僅獲得單一數(shù)據(jù)的前提下，進一步探究不同影響因素數(shù)據(jù)之間的相關或因果關系，對這些因素的關系進行假設并設計驗證，因而能拓展學生研究的全面性，提高學生實驗邏輯推理和設計能

12、力，訓練學生探究能力的方法。dis實驗中，提供多種類型的傳感器或探頭，不僅能迅速采集準確的測量數(shù)據(jù)，更有利于探究多種影響因素之間的關系。如中和反應同時有ph、溫度、電導等多種變化。（四） 拓展時間空間的維度化學是一門基于實驗研究的學科，生活中處處都有化學現(xiàn)象。課本中的實驗只是生活與生產(chǎn)中極少部分的實驗。在日常生活中，常常會出現(xiàn)更多、更有趣、更會引起學生學習興趣的化學現(xiàn)象。過去，由于化學儀器種類繁多、操作復雜，學生若想探究某個現(xiàn)象，得先做很多的準備，經(jīng)常還沒等儀器藥品準備好，探究的熱度已經(jīng)下降，興趣的方向已經(jīng)轉(zhuǎn)移了。借助dis化學探究實驗可以大大減少了傳統(tǒng)的實驗中過多過繁的實驗基本操作，讓學生從這些操作中解脫出來，更有時間思考和探究，真正發(fā)揮學生的思維品質(zhì)，提高學生思維能力。dis實驗攜帶的方便、多樣的傳感器、簡單的操作、清晰的結(jié)果，讓實驗走出實驗室，極大地發(fā)揮了實驗的空間以及時間，有利于學生輕松的對日常活動里面自己關心的一些問題進行了解。