DIS數字化信息實驗系統在高中化學實驗教學中的輔助作用

　　摘要：本文介紹了DIS實驗系統的來歷和本系統在高中化學實驗教學中的優勢和本系統在實際學校使用中的劣勢，確立DIS信息化實驗系統在高中化學實驗教學中只能作為輔助，而不能完全取代傳統化學實驗。

　　關鍵詞：化學DIS信息化系統實驗定量

　　2013年7月，整個晉江市統一為各個學校配備了DIS信息化系統，同時開始對教師進行培訓。2016年夏天，我們學校完成了化學探究實驗室的建設，所以我在2017年春，在高二年段開設了《化學探究實驗》選修課，開始探索數字化信息實驗系統在化學實驗教學中的應用。經過這一學期的使用和學生的探索研究，發現這套數字化實驗系統確實能夠在高中化學實驗教學中有很大的優勢，在高中的化學實驗教學中，能夠起到一個很好的輔助作用。

　　一、DIS系統的由來

　　“上海高中化學課程標準(草案)”在2004年發布，并要求現任初中化學要“實施化學實驗，圖形計算器或掌聲電腦和傳感器技術，并應用于課堂教學，尤其是在“研究性學習”中的化學實驗，要應用數字傳感技術，革新實驗內容，拓展實驗方法，節省實驗時間”。上海市中小學數字化實驗系統研發中心立足課改教材的具體要求，研究開發出了朗威數字化信息系統實驗室。

　　朗威數字化信息系統主要由電腦、數據采集器和各種傳感器組成。化學實驗室配備的傳感器主要有：PH值傳感器，電導傳感器，溫度傳感器，二氧化硫傳感器，二氧化碳傳感器，氧氣傳感器，高溫傳感器，色度傳感器，多量程電流傳感器，氧化還原傳感器和光電門傳感器。

　　二、DIS數字化信息系統的優勢

　　中學化學實驗要培養學生動手動腦的能力，要培養學生科學的實驗方法和觀察能力、創新精神。化學實驗的目的是要使學生由感性認識到理性認識，認識物質及變化規律，理解化學原理和掌握化學方法。

　　在中學階段，對于化學的實驗也分為三個步驟，初中階段，學生初步了解化學實驗，學會化學實驗儀器的簡單操作和使用，在高中階段的傳統實驗主要是定性實驗為主，驗證性實驗多，探究性實驗少。學生被動的完成實驗，只能鍛煉學生的基本操作，加深對一些實驗現象的記憶，很難真正激發學生的實驗熱情。而定量實驗，在中學階段，受限于學校的條件和儀器的限制，獲得的實驗數據都比較簡單、粗糙。例如量筒的精度約0.1mL，托盤天平的精度為0.2g，PH試紙只能判斷到1個單位。當我們需要更為精確的數據時，這些實驗儀器和設備就無法滿足我們的需求了。

　　傳統的中學化學實驗一般靠肉眼觀察實驗現象，手動記錄和處理實驗數據，所受限制比較大。一是細微的科學過程難以捕捉，二是定量科學難以定量化。定性實驗主要是用于檢測研究對象的性質和組成成分，可以回答“是什么”或“有什么”的問題。而定量實驗則在定性的基礎上進一步測量各種成分的多少及相對數量關系，是回答“有多少”的問題。由此可見，定量實驗是定性實驗的進一步深化，而定性實驗則是定量實驗的基礎，二者關系緊密，只有當定性實驗定量化，學生對化學實驗的本質的理解才能更深入，才能更科學、客觀的看待問題。

　　數字化實驗利用自身的優勢，完全可以解決傳統實驗中出現的困難。一是實驗過程的可視化，傳感器將檢測到的信號通過采集器傳輸到電腦上，通過軟件的處理即可呈現出來并同時記錄。通過適當的軟件處理，這些記錄下來的數據還能以圖像、表格等形式呈現給學生，而通過“平鋪窗口”顯示器上還可以同時看到數值的變化和圖線曲線的走向，給學生更直觀的印象。

　　以酸堿中和滴定的實驗為例。

　　在酸堿中和滴定中，我們傳統實驗方法都是利用指示劑來指示終點，因為我們無法知道溶液的PH值是多少，只好借助指示劑。可事實上，我們常用的指示劑如酚酞的變色范圍是8.2-10，而甲基橙的變色范圍是3.1-4.4，并不在7左右。這樣滴定的終點還是中性嗎。在課本中，我們是用0.100mol/L的氫氧化鈉溶液來滴定0.100mol/L的鹽酸，我們通過要滴定的鹽酸的溶液體積，可以預知需要的滴定的氫氧化鈉的溶液體積，從而給出滴定終點的參考體積。如果是未知液呢?就不可能給出參考值，滴定的過程就會很難控制，同時需要記錄的數值的過程也會非常的繁瑣和緩慢。

　　而我們利用PH值傳感器來測量滴定過程中的PH值變化，就不會有這些問題。比如用鹽酸來滴定氫氧化鈉溶液。在滴定的過程中，我們可以用光電門傳感器和計數器裝置組合成的滴定計數器來測量滴定時使用的鹽酸溶液的體積。在滴定過程中，通過數據采集器的采集到的PH值傳感器和滴定計數器的數據，可以在顯示器上顯示出實時的溶液PH值和所滴定的體積。同時通過“組合曲線”的數據處理，設定x軸、y軸分別為“V”、“PH2”，即可得到“V-PH2”實時曲線。在曲線上，找到PH值最接近7的點，就可以找到對應的體積V，則未知的氫氧化鈉溶液的濃度就可以計算出來了。

　　在實驗過程中，學生不僅僅只是了解課本上關于簡單的酸堿中和滴定的知識，同時還通過更進一步的實驗探究。在培養了基本的實驗操作技能，同時還培養了同學之間的協作能力和探究的精神。

　　通過DIS數字化信息系統，還可以培養學生設計實驗的能力，比如二氧化碳的溫室效應，實驗室模擬酸雨的形成等等。讓很多學生原來在高中實驗室很難實現的各種奇妙想法得到操作和實現的可能，進一步培養學生的探索和創新精神。

　　三、DIS信息化系統在學校實際使用中的劣勢

　　數字化實驗室的建立，已經需要花費幾十萬的經費。而DIS數字化信息系統也不便宜，關是我們化學所經常用到的幾種傳感器和一個數據采集器，就需要不下1.5萬元一套，同時每一個采集器還需要連接到電腦上，總的下來一套系統要2萬，相對來說開支很大。我們化學實驗室到現在也只配備了8套系統，勉強夠老師在上課的時候輪流使用，很難讓學生在上課時全部使用。

　　但數據化探究實驗系統還是可以成為課堂常規實驗教學手段的重要補充，并作為學生課后研究性學習和綜合實踐活動的實驗手段，增進學生對化學現象和原理本質的認識，提高學生分析問題、解決問題的方法和能力，培養學生獲取數據的能力。對新課程教學內容改革和教學方式的改革具有明顯的支持作用，是對化學教學與現代教育技術整合的有益探索和補充。

　　實驗論文范例：高校分析化學實驗課程教學模式構建與探索

　　實驗是化學的生命，實驗教學是化學學習必不可少的環節。數字化實驗作為信息化與實驗相互融合的產物正不斷顯示出其強大的功能。我們也希望能將數字化實驗室作為傳統實驗的重要補充，在化學實驗教學中發揮更好的作用。

　　參考文獻

　　朗威數字化信息系統實驗室V6.5上海市中小學數字化實驗系統研發中心2010.1

　　周良駿.中學化學實驗數字化的研究2011.5

　　王祖浩.化學反應原理江蘇鳳凰教育出版社2016.6

　　作者：彭栩

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