高中化学定量实验教学中数字化实验的应用分析

谭鑫

【摘 要】本文从数字化实验的引入、切入点等方面分析了数字化实验在高中化学定量实验教学中的应用。希望能为高中化学定量实验教学工作的开展提供参考。

【关键词】高中化学 定量实验教学 数字化实验 应用

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.04.007

在高中化学教学中，实验教学作为极为重要的教学部分，也是学生充分理解化学知识和现象的重要途径。数字化实验平台作为一种数字化实验信息系统，其的构成部分主要包括传感器、计算机、配套软件及数据采集器等。在高中化学定量实验教学中引入和应用数字化实验，可以使化学定量实验数据能够得到即时处理、编辑和储存，也是对化学定量实验教学理念与模式进行创新的重要推动力，有利于提升高中化学定量实验教学的水平。

一、在高中化学定量实验教学中引入数字化实验

在信息化时代下，数据资源的重要性不言而喻，而这也使得数据资源的处理和存储方式逐渐受到了重视。在高中化学实验教学中，为了提升对化学实验数据的处理效率，数字化实验的引入不容忽视。通过引入数字化实验，可以实现对高中化学实验教学理念和模式的创新，也为化学实验教学质量和效率的提升奠定了基础。在高中化学教学中，大部分化学实验对实验环境都有极为严格的要求，如SO2的性质等，为了保证这类化学实验能够在安全、可靠的前提下进行教学，一般都会在通风橱中进行实验。对于可燃气体和有毒气体的实验也要在安全的环境中进行，否则很容易引发可燃气体爆炸和有毒气体泄漏等问题，会对实验人员的人身安全造成威胁。从发展进程角度分析，化学实验可以被分为三个时代，即传统实验时代、微型化实验时代和数字化实验时代。

其中，传统实验时代是化学实验发展的第一个时代，实验过程主要通过常规玻璃实验器皿来完成。微型化实验时代是化学实验发展的第二个时代，在这一时代挖掘出了近乎所有的化学实验现象。数字化实验是化学实验发展的第三个时代，在这个时代化学实验的反应过程和化学现象会逐渐被转换成数字信号，能够实现对化学实验的实时监测，可以帮助学生更好地观察和理解化学现象的本质。由此可见，在高中化学实验教学中，数字化实验的引入，是对化学实验教学理念与模式的创新，有利于提高化学教师的实验资源整合能力，而这也为化学实验教学质量和效率的提升奠定了基础。

二、在高中化学定量实验教学中引入数字化实验的切入点

在高中化学实验教学中，为了更好地提升化学实验教学的水平，对于数字化实验的引入，可以从下述三个方面进行考虑：定性到定量的转变、表象到本质的转变、质疑到探究的转变。

传统化学实验是对化学反应现象的体现，在传统化学实验过程中很难对其实施定量化处理。但将数字化实验引入高中化学实验教学，基于对数字传感技术的应用，能够实现对化学实验数据的完整采集，并利用计算机和配套软件对化学实验数据进行处理、存储，最后以表格或图像等形式对化学实验数据进行展现。例如，对于浓硫酸的吸水性实验，从对比试验角度考虑，对湿度传感器进行合理使用，可以实现在实验过程中对密闭容器内空气相对湿度的变化情况进行实时监测，而这个过程也是对化学实验的定量化控制，体现了数字化实验在定性到定量的转变中所发挥的重要作用。

从表象到本质的转变角度分析，在高中化学实验教学中，数字化实验的引入不仅能够实现对化学实验教学过程的优化，也能够依靠数字化实验对化学实验过程和现象的更为直接的展示，而帮助学生更好地理解和掌握化学实验的现象及原理，有利于提升学生学习化学的效率。例如，弱电解质的稀释实验，爱弱电解质稀释过程中，电解质的导电性会发生变化，但在传统化学实验过程中，很难对导电性变化情况进行直观展示。然而，在数字化实验过程中，通过对数字化技术和电导率传感器的应用，可以实现对弱电解质稀释过程中导电性变化情况的实时监控，并且通过实验数据，学生也能更加直观的看到导电性变化情况。在高中化学实验教学中，数字化实验的引入能够实现对化学实验本质的直观展示，可以激发学生的学习热情，也能够帮助学生更好地理解化学实验现象与相应化学概念之间的联系。

在高中化学实验教学中，数字化实验的引入，可以使学生由质疑转变到探究，有利于帮助学生理解化学实验反应和现象。在传统化学实验过程中，实验结果与实验预期之间出现不匹配是极为常见的现象，但这会导致学生对化学教师和化学实验产生质疑。在这种情况下，对化学实验技术进行创新和优化就显得十分重要。通过在化学实验教学中引入数字化实验，可以实现对化学实验数据的全面搜集，也能够实现对化学实验过程的实时监控，是更加直观的展现化学实验现象和本质的一种方式。通过应用数字化实验，可以实现对学生分析和解决问题的能力进行培养，有利于提升化学实验教学的质量和效率。

三、高中化学定量实验教学中数字化实验的应用

化学实验最重要的部分就是反应过程，只有通过观察化学实验的反应过程，学生才能更好的理解化学实验现象的发生原理，进而理解相应的化学理论知识。在高中化学实验教学中，数字化实验的应用能够更加直观的展示化学实验的反应过程，可以帮助学生更好地理解化学实验的反应过程、现象和本质，有利于学生理解和掌握相应的化学知识。

例如，“金属的电化学腐蚀”实验，生活中经常见到的暖宝宝就是对“金属的电化学腐蚀”实验的最直接体现。在开展“金属的电化学腐蚀”实验教学的时候，化学教师可由暖宝宝的發热原理引出这个化学实验，并针对这个实验和暖宝宝的发热原理提出一些问题，如“暖宝宝模拟装置是否能构成原电池？”然后在实验教学过程中，引导学生进行讨论，可以使学生通过讨论得出原电池的电极反应式，即负极的电极反应式是Fe—2e-=Fe2+，但对于正极反应式会得出两个结果，分别是O2+2H2O+4e-=4OH-和2H++2e-=H2。在以数字化实验方式开展“金属的电化学腐蚀”实验的时候，通过观察数字化实验所搜集的实验数据，可以更加直观的看出金属电化学腐蚀的正极反应，并得出正极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-，这个反应式体现出随着压强的减小，金属电化学腐蚀的正极会发生吸氧反应。而2H++2e-=H2这个反应式体现的是正极发生的析氢反应。通过数字化实验的应用，可以更加直观的了解金属在不同环境下发生的腐蚀反应，可以帮助学生更好地理解这个化学实验的反应和现象。

四、结束语

综上所述，在高中化学实验教学中，通过从定性到定量、表象到本质、质疑到探究等转变角度对数字化实验进行引入，并将数字化实验应用到化学实验教学中，可以帮助学生更好地理解化学实验的反应和现象，进而帮助学生掌握化学实验的本质，对学生理解和掌握相应的化学理论知识极为有利。