谭灼珠

摘要：随着课程改革的不断深化，对于化学实验教学的认识也在不断深化，先进的科学技术不断引入到化学实验中。在中学化学教学中合理展开数字化实验，进一步推进数字化实验在教学中的优势发挥应用，使之与课堂教学更为合理、紧密地整合，从而有效地提高高中化学的教学质量。

关键词：传感技术；定量；定性；数字化实验

目前数字化实验已深入到社会生产和生活的各个领域，在中学化学教育中引入数字化实验教学已刻不容缓。数字化实验的引入可以使实验的方法更加先进，实验的步骤更加清晰，实验的数据更加准确，实验的现象更加直观。传感技术是一种与现代科学密切相关的新兴技术，在中学化学实验教学过程中使用先进的传感技術，不仅增加了学生学习的趣味性，实验结果通过直观的数据或图像显示，更加体现了科学的准确性。

一、 在高中化学教学中开展数字化实验必将引发教学理念和教学模式的更新

数字化实验的引入更新了教学理念——以学生为主体，弱化了教师的主导地位。学生有更多的机会去自主设计、探究实验，教师在教学过程中着重培养学生分析问题、解决问题和处理数据的能力，让学生在实验探究过程中培养了科学探究的精神。

教学理念的更新，必将引发新的教学模式的产生，比如酸碱中和滴定实验传统的做法是利用指示剂的变色来判断滴定终点，实验误差大且无法观察到滴定过程中pH的变化，利用pH传感器可以在电脑屏幕上清晰准确地显示出滴定过程中pH的变化，避免了繁琐的数据计算过程，此课就以“实验的数形”作为引入，课堂中以“学生实验、分组讨论、分析总结”的模式进行，相比于传统课型大大提高了学生的课堂效率。

二、 让数字化实验改变化学课堂，提高课堂效率

数字化实验是通过传感器、数据采集器将实验数据传入电脑，并以图像的形式直观地呈现出来。通过简单的手段可以获得精确的实验数据，大大提高了课堂教学的效率。在高中化学教学中开发新颖实用的数字化实验已成为研究的热点。

1. 将某些传统的实验数字化

化学教材中有很多经典的实验，在教学中我们要继承这些优良的传统，但随着数字化技术的发展，我们也要敢于创新。例如在上“影响化学反应速率的因素”时，利用压强传感器测定生成气体产生的压强可以比较不同因素对化学反应速率的影响，除了定性上知道温度、浓度、固体表面积、催化剂等因素对化学反应速率有影响，还能定量上知道这些因素对化学反应速率的影响有多大，给了学生很直观的数据体现。

2. 将现象难于观察的实验数字化

化学教材中有些实验现象难以观察，课堂教学中只能让学生生硬地接受这些结论。例如在上“压强对NO2与N2O4化学平衡的影响”时，教材上是利用注射器来完成该实验，实验预期现象是压缩活塞，观察到气体颜色先变深，后逐渐变浅。经反复实验，事实上我们能观察到气体颜色明显变深，随后气体颜色变浅的变化过程并不明显，学生难以观察到。这时我们就可以带领学生走进数字化实验室，利用这里先进的仪器和设备，充分发挥小组合作的功能，重新设计实验装置，用“数据”说话，为了确定平衡移动的结果是压强引起而不是其他（如温度）因素引起的，我们同时利用压强传感器和温度传感器实施该实验。实验装置如图1所示。三颈瓶装的是NO2气体，中间是温度传感器，右边是气压传感器连接一注射器。实验时推或拉注射器到某一刻度时，让注射器固定在此刻度不动，同时在电脑中显示的图像和数据如图2和表1所示。

从表1中很明显看出当注射器往外拉至某一刻度时，压强从101.2kPa降到92.2kPa，让注射器固定在此刻度不动，若不存在平衡，则压强不会改变。但压强从92.2kPa慢慢升高到93.4kPa，由此可以判断压强减小平衡移动了，平衡向着扩大体积（即生成NO2气体）的方向移动。同理，当注射器往里推至某一刻度时，压强从93.4kPa升到101.9kPa，让注射器固定在此刻度不动，之后压强从101.9kPa慢慢降低到101.0kPa，由此可以判断压强增大平衡移动了，平衡向着缩小体积（即生成N2O4气体）的方向移动。由于平衡的移动受多种因素影响，有一小组同学质疑会不会因为推或拉注射器时引起体系温度变化进而引起平衡移动，为此这一小组同学经过讨论和老师一起设计了图1装置。这套装置的好处是在推或拉注射器时，温度传感器和压强传感器可以同时测出体系的温度和压强变化。从表1数据可以看出在推或拉注射器时压强增大体系温度瞬间并没有变化，就可以排除温度因素对平衡的影响，从而确定平衡移动是压强变化的结果。

3. 将数字化实验由课堂延伸至课外

在平时教学中，有些学生对某一实验现象或某一物质的性质特别感兴趣，由于课堂时间有限，无法进行深入探究，这时我们应该鼓励他们课外进行自主探究实验。例如我在上“影响化学反应速率的因素”时，高一（7）班第3小组同学对催化剂这一影响因素特别感兴趣，于是在我的鼓励下他们小组把该课题作为研究性学习课题继续探究。他们课后通过查资料得知能影响催化剂活性的因素有浓度、温度、杂质等。于是这一小组同学利用数字化实验室，精心设计了可能影响催化剂活性因素的实验方案，并想通过相关实验进行验证。实验时，（1）取两支试管分别加入3mL双氧水，同时向两支试管中加入0.5mL浓度为1mol/L与0.5mol/L的FeCl3溶液并连接气压传感器，通过图像的斜率比较双氧水的分解速率。（2）取两支试管分别加入3mL双氧水和0.5mL浓度为1mol/L的FeCl3溶液，一支试管置于70℃水浴中，一支试管置于常温下，同时连接气压传感器，通过图像的斜率比较双氧水的分解速率。从图像中可以很直观地看出双氧水中加入1mol/LFeCl3溶液分解速率更快、有水浴加热的双氧水分解速率更快，得出的结论就是催化剂的浓度越大，温度越高，催化效果越好。

三、 在中学化学教学中如何更加合理地展开数字化实验

传统实验一般是单一的，而数字化实验是多维的，数据和图像可以同时动态地表现，增强了实验的探究性和可视性。当然，高中化学进行数字化实验教学并不是要否定传统的实验教学，而是要进行改进和补充，使学生有多元化的选择。在中学化学教学中如何更加合理地展开数字化实验，有以下几点思考。

1. 继承传统实验的同时发展数字化实验

数字化实验与传统实验应该相辅相成，互为补充，既无主次之分也不能完全替换，在高中化学教学过程中既要提倡运用数字化实验，又不能荒废传统实验手段和方法的学习。在实际操作中要正确处理它们之间的关系，继承传统实验的同时发展数字化实验。

2. 循序渐进地引导学生掌握数字化实验

利用数字实验能够完成高中化学中化学反应速率、化学平衡、化学反应的热效应、中和热的测定、盐类的水解、电解质溶液的导电性等实验，但是数字化实验作为一种新型的实验系统，学生的学习要有一个循序渐进的过程。教师可以先从基础性、学生容易掌握的课程中挑选一部分具有代表性的数字化实验让学生做，适度把握好数字化实验的频率，不能操之过急，否则容易造成学生的负担，反而事倍功半，达不到预期的效果。教师要注重引导，循序渐进，让学生逐步掌握数字化实验。

3. 对传统实验要取其精华，弃其糟粕

传统实验中如果是现象明显且操作简单的实验，并不需要用数字化实验来“作秀”，我们要继承和发扬这些优良的传统。但如果传统实验中有些因操作困难而无法实现的实验，改用数字化实验往往收效显著，比如可以把采集、处理数据等繁琐的工作让计算机处理，教师可以腾出更多的时间，用以引导学生观察实验现象，分析、总结实验的结论，这有利于提高学生学习的效率。

综上所述，数字化实验与传统实验相互补充，取长补短，我们应将两者很好地整合，才能达到较好的教学效果。