您的位置:首页»社会科学»教育学>>DIS数字传感技术在化学教学中的应用探究

DIS数字传感技术在化学教学中的应用探究

作 者:施计华 山东省淄博市淄川般阳中学 255100

一个国家的核心竞争力和强大的后劲,取决于包括科学素质在内的国民素质的高低。提高科学素质的关键是科学探究能力。科学探究能力的形成离不开实验,实验是化学学科的生命线。抓住“以实验为基础”这一基础特征,不仅能使学生加深理解,巩固化学基础知识,更重要的意义在于可以培养学生形成科学的思维方式,掌握科学的研究方法。但在高中开展探究性实验教学多年来,一直存在以下几个困难:
一是探究活动需要时间的与紧张课时的矛盾;二是探究实验设备特别是较高精度的数字化实验设备的需要与传统实验设备精度不足的矛盾;Dis数字化传感器技术的出现使以上问题迎刃而解。
Dis数字化传感器技术是在现有实验设备的基础上,集合传感器、数据采集器、计算机和应用软件四类组件构成的一种新型实验系统。该系统利用现代化信息技术弥补现有化学实验教学不足,成功克服现代化学实验仪器的诸多弊端。全面整合信息技术与化学实验教学。
根据实验要求不同,可选用不同的传感器。例如温度、压强、酸度等传感器以及用于测定化学实验中产生的气态CO2的二氧化碳的传感器等,进行氨气喷泉实验让学生根据喷泉实验原理设计用“热敷”或“冷敷”的方法引发喷泉,探究还有那些气体与溶液的反应可以做喷泉实验;让学生设计出HCL与水的反应,CO2 、SO2 、H2S等与NaOH溶液反应都能做出喷泉实验等。利用Dis传感技术测量化学反应变化过程中的各种数据,有利于学生在定性观察的基础上,进一步依据数据对反应进行深入的思考和研究,培养学生的化学探究能力。
教师可根据教学的实际需要,将课堂引到DIS实验室,让学生在良好的软件环境中学 习并在老师的知道下探究教材中内容,加强对化学知识和原理的理解。以“酸碱中和滴定”为例,传统教材采用通过酸碱指示剂的变色来确定滴定终点,但由于几乎所有的指示剂均与实际的滴定终点存在偏离,从而会导致实验的偏差,致使学生不能准确判断中和反应何时终止;所以,本课题实验前,曾尝试性地借助手持技术仪器(如pH传感器与温度传感器)与计算机,在高二竞赛化学课堂上演示“酸碱滴定”实验,帮助学生清楚地观察到滴定前后溶液pH值的突变及其突变时刻,从而能够准确的得到滴定终点,计算出准确的待测溶液浓度。并从温度变化曲线可初步定性分析得出“中和反应是放热反应”的结论。
第二、将数字化技术与(科学)研究性学习有机地结合运用,有利于提高学生探究的积极性,增强其探究能力。例如溶液导电能力的影响因素的探究,就可以利用导电率传感器,定量且直观的了解影响溶液导电能力的影响因素。而且,如导电能力这样比较抽象的概念,利用定量实验,学生在探究中接受起来也可以降低难度,达到事半功倍的效果。
第三、充分利用DIS图像功能,促进学生理解知识。DIS强大的函数处理功能能将实验过程中各种指标在各个时间节点上的变化通过图像反映出来,有利于加强学生对实验过程的把握,培养学生的图像分析能力;利用Dis 特有的函数图像功能能够引导学生更好分析定量与可视化的实验结果。如在原电池工作原理探究实验中的电流曲线学生可以通过DiS直观的函数图像,清晰地观察到不同电极材料和电解液下原电池能过产生电流的条件之一是有活泼性不同的两电极材料。DiS的应用可以节省大量的实验时间,教师可以将更多的精力放在探索研究上,引导学生预测,判断、质疑、反思和验证实验结果,激发学生的探究思维。在探索原电池工作原理和组成条件实验中,教师还能过进一步引导学生探究在相同条件下所用电极的面积,两电极之间的距离等因素对电流大小的影响等一系列问题,鼓励学生自行设计实验对自己的假设和猜想进行验证,培养学生科学探究思维。在实际应用过程中可以利用DiS测得色度、温度、PH、电流强度、电导率、压强等更多的实验指标,能够引导学生从不同的角度探究同一化学问题,不仅能够拓展处理问题的角度,同时也为学生的科学探究思维培养提供实践机会。
当然,不是所用的实验都适合利用DiS;例如在化学反应产生的能量变化的实验中传统实验的做法将镁片与盐酸进行混合并置于实验容器中,通过学生触摸容器外壁感受其温度,并获得温度变化的曲线图,事实上该实验中DiS的应用优势并不明显,因为其完成了一项用手即可以感觉的工作。当涉及到有什么现象,是否有某一现象的定性实验中多采用传统实验而涉及到具体的数据分析以探究“有多少”的实验时,测可以利用DiS进一步探究,中学阶段利用NaOH与H2SO4 探究酸碱中和反应的定量实验中,传统实验方法主要是利用酸碱指示剂来确定的终点,由于学生难以把握终点的估计,易造成较大的误差,此时采用DiS就能很好的解决这一问题,通过数据采集器收集光电门、PH、电导率等传感器的信号转化为实验数据、利用计算机进行分析得到H2SO4滴定NaOH的PH变化曲线图,不仅直观展示了PH在中和滴定过程中的变化,还能够避免指示剂判断难点,减少实验误差;此外、通过稀H2SO4与NaOH反应过程中电导率随时间变化曲线完整展示溶液中离子的导电情况,直接反应溶液中离子的导电情况,使学生能够更加直观体会出溶液中离子的“量”的变化问题。
DIS系统是一种智能化的便捷实验设备,教师和学生都可以在教室和实验室实现数字化的实验探究。随着新课程改革的深入,数字化实验必将成为中学化学实验的发展方向。
参考文献
[1]李娜.让数字化实验(DIS)走进化学课堂[J].教育教学论坛,2015(21):259-260.
[2]卓敏.DIS数字化信息系统在中学化学实验教学中的应用举例[J].教学仪器与实验,2011(3):57-59.