DIS数字化信息实验系统在高中化学实验教学中的辅助作用

　　摘要：本文介绍了DIS实验系统的来历和本系统在高中化学实验教学中的优势和本系统在实际学校使用中的劣势，确立DIS信息化实验系统在高中化学实验教学中只能作为辅助，而不能完全取代传统化学实验。

　　关键词：化学DIS信息化系统实验定量

　　2013年7月，整个晋江市统一为各个学校配备了DIS信息化系统，同时开始对教师进行培训。2016年夏天，我们学校完成了化学探究实验室的建设，所以我在2017年春，在高二年段开设了《化学探究实验》选修课，开始探索数字化信息实验系统在化学实验教学中的应用。经过这一学期的使用和学生的探索研究，发现这套数字化实验系统确实能够在高中化学实验教学中有很大的优势，在高中的化学实验教学中，能够起到一个很好的辅助作用。

　　一、DIS系统的由来

　　“上海高中化学课程标准(草案)”在2004年发布，并要求现任初中化学要“实施化学实验，图形计算器或掌声电脑和传感器技术，并应用于课堂教学，尤其是在“研究性学习”中的化学实验，要应用数字传感技术，革新实验内容，拓展实验方法，节省实验时间”。上海市中小学数字化实验系统研发中心立足课改教材的具体要求，研究开发出了朗威数字化信息系统实验室。

　　朗威数字化信息系统主要由电脑、数据采集器和各种传感器组成。化学实验室配备的传感器主要有：PH值传感器，电导传感器，温度传感器，二氧化硫传感器，二氧化碳传感器，氧气传感器，高温传感器，色度传感器，多量程电流传感器，氧化还原传感器和光电门传感器。

　　二、DIS数字化信息系统的优势

　　中学化学实验要培养学生动手动脑的能力，要培养学生科学的实验方法和观察能力、创新精神。化学实验的目的是要使学生由感性认识到理性认识，认识物质及变化规律，理解化学原理和掌握化学方法。

　　在中学阶段，对于化学的实验也分为三个步骤，初中阶段，学生初步了解化学实验，学会化学实验仪器的简单操作和使用，在高中阶段的传统实验主要是定性实验为主，验证性实验多，探究性实验少。学生被动的完成实验，只能锻炼学生的基本操作，加深对一些实验现象的记忆，很难真正激发学生的实验热情。而定量实验，在中学阶段，受限于学校的条件和仪器的限制，获得的实验数据都比较简单、粗糙。例如量筒的精度约0.1mL，托盘天平的精度为0.2g，PH试纸只能判断到1个单位。当我们需要更为精确的数据时，这些实验仪器和设备就无法满足我们的需求了。

　　传统的中学化学实验一般靠肉眼观察实验现象，手动记录和处理实验数据，所受限制比较大。一是细微的科学过程难以捕捉，二是定量科学难以定量化。定性实验主要是用于检测研究对象的性质和组成成分，可以回答“是什么”或“有什么”的问题。而定量实验则在定性的基础上进一步测量各种成分的多少及相对数量关系，是回答“有多少”的问题。由此可见，定量实验是定性实验的进一步深化，而定性实验则是定量实验的基础，二者关系紧密，只有当定性实验定量化，学生对化学实验的本质的理解才能更深入，才能更科学、客观的看待问题。

　　数字化实验利用自身的优势，完全可以解决传统实验中出现的困难。一是实验过程的可视化，传感器将检测到的信号通过采集器传输到电脑上，通过软件的处理即可呈现出来并同时记录。通过适当的软件处理，这些记录下来的数据还能以图像、表格等形式呈现给学生，而通过“平铺窗口”显示器上还可以同时看到数值的变化和图线曲线的走向，给学生更直观的印象。

　　以酸碱中和滴定的实验为例。

　　在酸碱中和滴定中，我们传统实验方法都是利用指示剂来指示终点，因为我们无法知道溶液的PH值是多少，只好借助指示剂。可事实上，我们常用的指示剂如酚酞的变色范围是8.2-10，而甲基橙的变色范围是3.1-4.4，并不在7左右。这样滴定的终点还是中性吗。在课本中，我们是用0.100mol/L的氢氧化钠溶液来滴定0.100mol/L的盐酸，我们通过要滴定的盐酸的溶液体积，可以预知需要的滴定的氢氧化钠的溶液体积，从而给出滴定终点的参考体积。如果是未知液呢?就不可能给出参考值，滴定的过程就会很难控制，同时需要记录的数值的过程也会非常的繁琐和缓慢。

　　而我们利用PH值传感器来测量滴定过程中的PH值变化，就不会有这些问题。比如用盐酸来滴定氢氧化钠溶液。在滴定的过程中，我们可以用光电门传感器和计数器装置组合成的滴定计数器来测量滴定时使用的盐酸溶液的体积。在滴定过程中，通过数据采集器的采集到的PH值传感器和滴定计数器的数据，可以在显示器上显示出实时的溶液PH值和所滴定的体积。同时通过“组合曲线”的数据处理，设定x轴、y轴分别为“V”、“PH2”，即可得到“V-PH2”实时曲线。在曲线上，找到PH值最接近7的点，就可以找到对应的体积V，则未知的氢氧化钠溶液的浓度就可以计算出来了。

　　在实验过程中，学生不仅仅只是了解课本上关于简单的酸碱中和滴定的知识，同时还通过更进一步的实验探究。在培养了基本的实验操作技能，同时还培养了同学之间的协作能力和探究的精神。

　　通过DIS数字化信息系统，还可以培养学生设计实验的能力，比如二氧化碳的温室效应，实验室模拟酸雨的形成等等。让很多学生原来在高中实验室很难实现的各种奇妙想法得到操作和实现的可能，进一步培养学生的探索和创新精神。

　　三、DIS信息化系统在学校实际使用中的劣势

　　数字化实验室的建立，已经需要花费几十万的经费。而DIS数字化信息系统也不便宜，关是我们化学所经常用到的几种传感器和一个数据采集器，就需要不下1.5万元一套，同时每一个采集器还需要连接到电脑上，总的下来一套系统要2万，相对来说开支很大。我们化学实验室到现在也只配备了8套系统，勉强够老师在上课的时候轮流使用，很难让学生在上课时全部使用。

　　但数据化探究实验系统还是可以成为课堂常规实验教学手段的重要补充，并作为学生课后研究性学习和综合实践活动的实验手段，增进学生对化学现象和原理本质的认识，提高学生分析问题、解决问题的方法和能力，培养学生获取数据的能力。对新课程教学内容改革和教学方式的改革具有明显的支持作用，是对化学教学与现代教育技术整合的有益探索和补充。

　　实验论文范例：高校分析化学实验课程教学模式构建与探索

　　实验是化学的生命，实验教学是化学学习必不可少的环节。数字化实验作为信息化与实验相互融合的产物正不断显示出其强大的功能。我们也希望能将数字化实验室作为传统实验的重要补充，在化学实验教学中发挥更好的作用。

　　参考文献

　　朗威数字化信息系统实验室V6.5上海市中小学数字化实验系统研发中心2010.1

　　周良骏.中学化学实验数字化的研究2011.5

　　王祖浩.化学反应原理江苏凤凰教育出版社2016.6

　　作者：彭栩

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jylw/23885.html